Question

氢气(H₂)是最理想的燃料。回答下列问题：

(1)利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为___________。

(2)氢气作为燃料的优点是________________(写出一点即可)。目前，氢氧燃料电池已经使用于汽车。若该电池的电解质呈碱性，写出负极电池反应式：_____________；若该电池的电解质呈酸性，写出正极电池反应式：________________。

(3)氢气可制备H₂O₂。工业上较为成熟的方法是蒽醌法，其原理是：烷基蒽醌与有机溶剂配制成工作溶液，在压力为0.30MPa、温度55～65℃、有催化剂存在的条件下，通入氢气进行氢化，在40～44℃温度下与空气(或氧气)进行逆流氧化，经萃取、再生、精制与浓缩制得质量分数为20%～30%的过氧化氢水溶液产品。上述过程可用以下反应表示：

I.H₂(g)+A(l)=B(l)  △H₁

II.O₂(g)+B(l)=A(l)+H₂O₂(l)  △H₂

其中A、B为有机物，两反应均为自发反应，则H₂(g)+O₂(g)=H₂O₂(l)的△H_________(填“>”“<”或“=”)0。

(4)金属氢化物(NaH、MgH₂等)是常用的储氢材料，写出MgH₂与水反应的化学方程式：__________________。

Answer

太阳能(光能)转化为化学能 无污染 H2-2e-+2OH-=2H2O O2+4e-+4H+=2H2O < MgH2+2H2O=Mg(OH)2+2H2↑

【解析】

(1)根据反应前后的能量存在形式分析判断；

(2)根据产生氢气的原料、氢气燃烧产物的性质分析其优点；在氢氧燃料电池中，通入燃料氢气的电极为负极，失去电子，发生氧化反应；正极上，氧气得到电子，发生还原反应，结合电解质溶液的酸碱性书写电极反应式；

(3)根据盖斯定律及反应自发进行的判断依据分析；

(4)金属氢化物电离产生的阳离子、阴离子分别与水电离产生阴离子、阳离子结合，产生新化合物，据此书写反应方程式。

(1) 利用太阳能可以直接分解水制氢，在太阳光照射下发生化学反应水分解产生氢气和氧气，可见物质变化的同时，能量由太阳能转化为化学能储存在物质内；

(2)氢气燃烧放出大量的热，燃烧产物水不会造成环境污染，而且制取氢气的原料是水，原料丰富、易得；在氢氧燃料电池中，通入燃料氢气的电极为负极，失去电子，发生氧化反应，若溶液为碱性，H2失去电子产生的H+与碱性溶液中OH-结合形成H2O，所以负极的电极反应式为：H2-2e-+2OH-=2H2O；在正极上，氧气得到电子，与酸性溶液中的H+结合形成H2O，正极的电极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O；

(3) I.H2(g)+A(l)=B(l) △H1 II.O2(g)+B(l)=A(l)+H2O2(l) △H2，根据盖斯定律，将I+II，整理可得H2(g)+O2(g)=H2O2(l)，△H=△H1+△H2，由于两个反应均自发进行，△H1<0，△H2<0，每个反应都是熵减的反应，则根据体系自由能公式△G=△H-T△S<0，可知△H=△H1+△H2<0；

(4)MgH2电离产生的Mg2+与水电离产生的OH-结合形成Mg(OH)2，MgH2电离产生的H+结合水电离产生的OH-结合形成H2，反应方程式为：MgH2+2H2O=Mg(OH)2+2H2↑。