Question

【題目】氫能是發展中的新能源，它的利用包括氫的制備、儲存和應用三個環節。回答下列問題：

（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優點是_________（至少答出兩點）。但是氫氣直接燃燒的能量轉換率遠低于燃料電池，寫出堿性氫氧燃料電池的負極反應式：____________。

（2）以甲烷為原料可制得氫氣。圖1是一定溫度、壓強下，CH4(g)與H2O(g)反應生成CO(g)和1mol H2(g)的能量（KJ）變化示意圖，寫出該反應的熱化學方程式_______________(△H用E1、E2、E3表示)。

（3）在恒溫恒容的密閉容器中，某儲氫反應：MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<0達到化學平衡。下列有關敘述正確的是________。

A．容器內氣體壓強保持不變

B．吸收y mol H2只需1 mol MHx

C．若降溫，該反應的平衡常數增大

D．若向容器內通入少量氫氣，則v(放氫)>v(吸氫)

（4）化工生產的副產氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時獲得氫氣：Fe+2H2O+2OH-FeO42-+3H2↑，工作原理如圖1所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色的FeO42-，鎳電極有氣泡產生。若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區會產生紅褐色物質。已知：Na2FeO4只在強堿性條件下穩定，易被H2還原。

①電解一段時間后，c(OH-)降低的區域在__________(填“陰極室”或“陽極室”)。

②電解過程中，須將陰極產生的氣體及時排出，其原因是_____________。

③c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2，分析N點c( Na2FeO4)低于最高值的原因：_____________。

（5）在容積可變的密閉容器中充入10molCO和20molH2，發生CO ( g ) + 2H2 ( g )CH3OH ( g ) △H<0, CO 的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如圖所示，當達到平衡狀態A 時，容器的體積為1 L。若反應開始時仍充入10mol CO 和20mol H2，則在平衡狀態B時容器的體積V（B）= L。

Answer 1

【答案】（1）污染小；可再生；來源廣；資源豐富；燃燒熱值高（任寫其中2個）（2分）；

H2+2OH-+2e-=2H2O（2分）（2）CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g） △H=3（E2-E1）kJ·mol-1

（3）ac(2分) （4）①陽極室(1分) ②防止Na2FeO4與H2反應使產率降低 （1分）

③N點：c(OH)過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na2FeO4產率降低。（2分） （5）0.2L（2分）

【解析】

試題分析：（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優點有污染小；可再生；來源廣；資源豐富；燃燒熱值高等，堿性氫氧燃料電池的負極反應式為H2+2OH--2e-=2H2O；

（2）根據圖像可知生成物總能量高于反應物總能量，反應是吸熱反應，則熱化學方程式為 CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g） △H=3（E2-E1）kJ·mol-1。

（3）MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<0，該反應屬于氣體的物質的量發生變化的反應。A．平衡時氣體的物質的量不變，壓強不變，正確；B．該反應為可逆反應，吸收y mol H2需要大于1 mol 的MHx，錯誤；C．降低溫度，平衡向正反應方向移動，平衡常數增大，正確；D．向容器內通入少量氫氣，相當于增大壓強，平衡正向移動，v(放氫)＜v(吸氫)，錯誤；答案選ac；

（4）①根據題意鎳電極有氣泡產生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發生氧化反應，溶液中的氫氧根離子減少，因此電解一段時間后，c(OH)降低的區域在陽極室；

②氫氣具有還原性，根據題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩定，易被H2還原。電解過程中，須將陰極產生的氣體及時排出，防止Na2FeO4與H2反應使產率降低；

③根據題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩定，在M點，c(OH-)低，Na2FeO4穩定性差，且反應慢，在N點：c(OH-)過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na2FeO4產率降低。

（5）當達到平衡狀態A 時，CO轉化率是0.5，則消耗CO是5mol，氫氣是10mol，生成甲醇是5mol，剩余CO和氫氣分別是5mol、10mol，則該溫度下平衡常數K＝；平衡狀態B時CO中的轉化率是0.8，則消耗CO是8mol，氫氣是16mol，生成甲醇是8mol，剩余CO和氫氣分別是2mol、4mol，則，解得V＝0.2L，即在平衡狀態B時容器的體積V（B）=0.2L。