Question

(14分)氢能以其洁净、高效、高热值、环境友好等特点成为最有前途的新能源，制氢和储氢的方法有很多。

（1）下图所示电化学装置工作时均与H₂有关。

①图A所示装置可用于电解K₂MnO₄制KMnO₄，通电一段时间后阴极附近溶液的pH将会        （填“增大”、“减小”或“不变”） 。

②图B所示装置为吸附了氢气的纳米碳管等材料制作的二次电池的原理，

开关连接用电器时，镍电极发生                （填“氧化”或“还原”）反应；开关连接充电器时，阳极的电极反应为                              。

（2）热化学循环法制氢。已知：

①2Br₂(g)+2CaO(s) == 2CaBr₂(s)+O₂(g)      △H= —146kJ·mol^—1

②3FeBr₂(s)+4H₂O(g) == Fe₃O₄(s)+6HBr(g)+H₂(g)     △H= +384kJ·mol^—1

③CaBr₂(s)+H₂O(g) == CaO(s)+2HBr(g)      △H= +212kJ·mol^—1

④Fe₃O₄(s)+8HBr(g) == Br₂(g)+3FeBr₂(s)+4H₂O(g)     △H= —274kJ·mol^—1

则2H₂O(g) == 2H₂(g)+O₂(g)的△H=         kJ·mol^—1。 

（3）光电化学分解制氢，原理如图所示，钛酸锶光电极的电极反应为4OH^–– 4e^–===O₂+2H₂O，则铂电极的电极反应为        。

（4）生物质制氢，若将生物质气化炉中出来的气体[主要有CH₄、CO₂、H₂O(g)、CO及H₂]在1.01×10⁵Pa下进入转换炉，改变温度条件，各成分的体积组成关系如下图所示。下列有关图像的解读正确的是          。

A．利用CH₄与H₂O(g)及CO₂转化为合成气CO和H₂理论上是可行的

B．CH₄(g)+CO₂(g)→2CO(g)+2H₂(g)和CH₄(g)+H₂O(g) → CO(g)+3H₂(g)，都是放热反应

C．CH₄与CO₂及H₂O(g)转化为合成气CO和H₂的适宜温度约为900℃

D．图像中曲线的交点处表示反应达到平衡

（5）LiBH₄具有非常高的储氢能力，分解时生成氢化锂和两种单质，试写出该分解反应的化学方程式                                                     。

Answer

19．（14分）（1）① 增大 ② 还原；Ni(OH)2+OH——e—== NiO(OH)+H2O

（2）+498 （3）2H2O+2e—== H2↑+2OH—或2H++2e—== H2↑

（4）AC （5）2LiBH4==2LiH+2B+3H2↑

【解析】

试题分析：（1）①电解K2MnO4制KMnO4，锰元素由+6价升高到+7价，失电子，做阳极，阴极反应式为2H++2e-=H2↑, 则阴极附近溶液的pH将会增大；②开关连接用电器时是原电池，电极反应为：NiO(OH)＋e-+H2O =Ni(OH)2＋OH－，发生还原反应；开关连接充电器时是电解池，阳极发生氧化反应，电极反应Ni(OH)2+OH——e—== NiO(OH)+H2O；

（2）①2Br2(g)+2CaO(s) == 2CaBr2(s)+O2(g) △H= —146kJ·mol—1

②3FeBr2(s)+4H2O(g) == Fe3O4(s)+6HBr(g)+H2(g) △H= +384kJ·mol—1

③CaBr2(s)+H2O(g) == CaO(s)+2HBr(g) △H= +212kJ·mol—1

④Fe3O4(s)+8HBr(g) == Br2(g)+3FeBr2(s)+4H2O(g) △H= —274kJ·mol—1

根据盖斯定律[①×1/2+②+③+④]×2得到△H=+498则2H2O(g) == 2H2(g)+O2(g) △H=+498 kJ·mol—1；

（3）依据装置图中的电子流向分析，铂电极做原电池正极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；

（4）A．图象分析可知随温度升高，甲烷、二氧化碳、水蒸气减小，一氧化碳、氢气增多，所以利用CH4与H2O（g）及CO2转化为合成气CO和H2理论上是可行的，A正确；B．依据图象分析，随温度升高，甲烷、二氧化碳、水蒸气减小，一氧化碳、氢气增多，升温平衡正向进行，CH4（g）+CO2（g）→2CO（g）+2H2（g）和CH4（g）+H2O（g）→CO（g）+3H2（g），都是吸热反应，B错误；C．图象分析可知在900°C时，二氧化碳甲烷反应最彻底，生成一氧化碳和氢气的量最大，CH4与CO2及H2O（g）转化为合成气CO和H2适宜温度约900℃，C正确；D．图象中曲线的交点处表示的是物质含量相同，但反应不一定达到平衡，D错误；选AC。

（5）LiBH4由于具有非常高的储氢能力，分解时生成氢化锂和两种单质，依据元素化合价变化和原子守恒分析可知，生成物中是氢气和硼单质，依据原子守恒写出分析方程式为：2LiBH4=2LiH+2B+3H2↑，答案为：2LiBH4=2LiH+2B+3H2↑．

考点：考查电解的应用，原电池电解反应，盖斯定律的应用，化学方程式书写等知识。