Question

2．开发新能源、新材料是实现社会可持续发展的需要，请回答下列问题：

（1）如图1是2LiBH₄/MgH₂体系放氢焓变示意图．
则：Mg（s）+2B（s）=MgB₂（s）△H═-93 kJ•mol^-1．
（2）采用球磨法制备Al与LiBH₄的复合材料，并对Al-LiBH₄体系与水反应产氢的特性进行下列研究：25℃水浴时，每克不同配比的Al-LiBH，复合材料与水反应产生H₂体积随时间变化关系如图2所示，下列说法正确的是AB．（填字母）
A、25℃时，纯铝与水不反应
B、25℃时，纯LiBH₄与水反应产生氢气
C、25℃时，AI-LiBH₄复合材料中LiBH₄含量越高，1000s内产生氢气的体积越大
（3）工业上可采用CO和H₂合成再生能源甲醇，其反应的化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）═CH₂OH（g）．
①在一容积可变的密闭容器中，充有10molCO和20molH₂，用于合成甲醇．CO的平衡转化率（a）与温度（T）．压强（P）的关系如图3所示：
上述合成甲醇的反应为放热反应（填“放热”或“吸热”），平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系为K_A=K_B＞K_C．若达到平衡状态A时容器的体积为10L，则平衡状态B时容器的体积为2L．②图中虚线为该反应在使用催化剂条件下，起始H₂，CO投料比和CO平衡转化率的关系图．当其他条件完全相同时，用实线画出不使用催化剂情况下，起始H₂，CO投料比和CO平衡转化率的关系示意图4．
（4）已知参与电极反应的电极材料单位质量放出电能的大小称为该电池的比能量．关于二甲醚（CH₃OCH₃）碱性燃料电池与乙醇碱性燃料电池，下列说法正确的是C（填字母）．
A、两种燃料互为同分异构体，分子式和摩尔质量相同，比能量相同
B、两种燃料所含共价键数目相同，断键时所需能量相同，比能量相同
C、两种燃料所含共价键类型不同，断键时所需能量不同，比能量不同
（5）LiFePO₄与Li_1-nFePO₄作为磷酸亚铁锂电池电极材料，充放电过程中，发生LiFePO₄与Li_1-nFePO₄之间的转化，电池放电时负极发生的反应为Li_nC₁-xe^-═xLi⁺+6C，写出电池放电时反应的化学方程式Li_1-xFePO₄+Li_xC₆=6C+LiFePO₄．

Answer 1

分析 （1）由图可知：2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+200 kJ•mol^-1①
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiBH₄（s）+Mg（s））+H₂（g）△H=+76 kJ•mol^-1②
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）△H=+183 kJ•mol^-1③
2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+（200-183）kJ•mol^-1④
即：MgB₂（s）+H₂（g）=2B（s）+MgH₂（s）△H=+17 kJ•mol^-1④
所以-④-②得：Mg（s）+2B（s）═MgB₂（s），据盖斯定律计算反应的焓变；
（2）①a．因为由图LiBH₄含量为0时，氢气的体积为0，故25℃时，纯铝与水不反应，；
b．负一价的氢与正一价的氢发生归中反应生成氢气，LiBH₄+4H₂O=LiB（OH）₄+4H₂↑；
c．由图可知25℃时，Al-LiBH₄复合材料中LiBH₄含量越高，1000s内产生氢气的体积越小；
（3）根据温度和CO的转化率确定反应热；温度不变，化学平衡常数不变，温度升高平衡向吸热的方向移动，平衡常数变化；根据CO的转化率求出平衡常数，再根据A、B两点的平衡常数相同求出容器的体积；使用催化剂，加快反应速率，但是不会引起平衡的移动；
（4）根据乙醇和二甲醚中结构简式不同，发生反应时断裂的化学键不同，反应放出的能量不会相同，据此进行判断；
（5）根据磷酸亚铁锂电池充放电过程中，发生LiFePO₄与Li_1-xFePO₄之间的转化及电池放电时负极发生的反应写出电池放电时反应的化学方程式．

解答 解：（1）由图可知：2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+200 kJ•mol^-1①
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiBH₄（s）+Mg（s））+H₂（g）△H=+76 kJ•mol^-1②
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）△H=+183 kJ•mol^-1③
2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+（200-183）kJ•mol^-1④
即：MgB₂（s）+H₂（g）=2B（s）+MgH₂（s）△H=+17 kJ•mol^-1④
所以-④-②得：Mg（s）+2B（s）═MgB₂（s）△H=-（17+76）kJ•mol^-1，
故答案为：-93 kJ•mol^-1；
（2）①A、25℃时，纯铝与水不反应，因为由图LiBH₄含量为0时，氢气的体积为0，故选；
B、25℃时，纯LiBH₄与水反应产生氢气，负一价的氢与正一价的氢发生归中反应生成氢气，故选；
C、由图可知25℃时，Al-LiBH₄复合材料中LiBH₄含量越高，1000s内产生氢气的体积越小，故不选；
故答案为：AB；
（3）据图象可知，温度升高平衡逆向移动，即逆反应方向为吸热，所以正反应方向为放热；因B点与A点温度相同，K不变，对于上述反应温度升高平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，所以A、B、C三点的平衡常数K_A=K_B＞K_C，T₁时，A点对应的α=0.5，据平衡常数表达式可得K=1．因B点与A点温度相同，K不变，
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
起始（mol）  10          20            0
转化（mol）  8           16            8 
平衡（mol）  2           4             8
则K=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）^{2}}$=1，解得：V=2L，使用催化剂，加快反应速率，但是不会引起平衡的移动，当不使用催化剂，起始H₂，CO投料比和CO平衡转化率的关系示意图如下：，故答案为：放热；K_A=K_B＞K_C；2；；
（4）化学反应实质是旧键的断裂和新键的生成，放出的能量与旧键断裂吸收的能量和新键的生成放出的能量有关，而二甲醚和乙醇分子中化学键类型不同，所以反应过程中放出的能量不同，所以C正确，
故答案为：C；
（5）磷酸亚铁锂电池充放电过程中，发生LiFePO₄与Li_1-xFePO₄之间的转化，其中LiFePO₄→Li_1-xFePO₄的转化化合价降低，发生还原反应，而电池放电时负极发生的反应为：Li_xC₆-xe^-═_xLi⁺+6C，该反应为氧化反应，所以反应转化应该为：LiFePO₄→Li_1-xFePO₄，所以电池放电时反应的化学方程式为：Li_1-xFePO₄+Li_xC₆=6C+LiFePO₄，
故答案为：Li_1-xFePO₄+Li_xC₆=6C+LiFePO₄．

点评 本题考查了热化学方程式书写、原电池、电解池工作原理、化学反应速率和平衡的影响因素及有关计算等知识，注意把握题中信息，能够正确提取题中信息，联系所学知识进行解答，试题充分培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力本题涉及热化学方程式的书写，盖斯定律的应用，电化学知识，综合性非常强，难度大．