Question

氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、保存和应用三个环节。回答下列问题：

（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是______________（至少答出两点）。但是氢气直接燃烧的能量及转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：_____________________________。

（2）氢气可用于制备H₂O₂。已知：H₂(g)+A(l)=B(l) ΔH₁ O₂(g)+B(l)=A(l)+H₂O₂(l) ΔH₂，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ΔH____0(填“>”、“<”或“=”)。

（3）在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：MH_x(s)+yH₂(g)=MH_x+2y(s) ΔH<0达到化学平衡。下列有关叙述正确的是________。

a.容器内气体压强保持不变           b.吸收y mol H₂只需1 mol MH_x

c.若降温，该反应的平衡常数增大     d.若向容器内通入少量氢气，则v(放氢)>v(吸氢)

（4）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_______。

（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na₂FeO₄，同时获得氢气：Fe+2H₂O+2OH⁻  FeO₄²⁻+3H₂↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO₄²⁻，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na₂FeO₄只在强碱性条件下稳定，易被H₂还原。

①电解一段时间后，c(OH^-)降低的区域在_______（填“阴极室”或“阳极室”）。

②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是________________。

③c(Na₂FeO₄)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na₂FeO₄)低于最高值的原因：_______________________________________________。

Answer

污染小；可再生；来源广；资源丰富；燃烧热值高 H2+2OH--2e-=2H2O ＜ ac 光能转化为化学能 阳极室 防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 M点：c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢(或N点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低)

【解析】

（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点有污染小；可再生；来源广；资源丰富；燃烧热值高等，碱性氢氧燃料电池的负极反应式为H2+2OH--2e-=2H2O，故答案为污染小；可再生；来源广；资源丰富；燃烧热值高；H2+2OH--2e-=2H2O

(2)①H2(g)+A(l)=B(l) ΔH1，②O2(g)+B(l)=A(l)+H2O2(l) ΔH2，两反应的ΔS＜0，根据ΔG=ΔH−TΔS，因为均为两反应自发反应，因此ΔH均小于0，将①+②得：H2(g)+ O2(g)= H2O2(l)的ΔH=ΔH1+ΔH1＜0，故答案为＜；

（3）MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<0，该反应属于气体的物质的量发生变化的反应。a.平衡时气体的物质的量不变，压强不变，正确；b.该反应为可逆反应，吸收y mol H2需要大于1 mol 的MHx，错误；c.降低温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，正确；d.向容器内通入少量氢气，相当于增大压强，平衡正向移动，v(放氢)＜v(吸氢)，错误；故选ac；

（4）利用太阳能直接分解水制氢，是将光能转化为化学能，故答案为光能转化为化学能；

（5）①根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气，铁电极发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子减少，因此电解一段时间后，c(OH−)降低的区域在阳极室，故答案为阳极室；

②氢气具有还原性，根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na2FeO4与H2反应使产率降低，故答案为防止Na2FeO4与H2反应使产率降低；

③根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点，c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢，在N点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低，故答案为M点：c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢(或N点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低)。

【点晴】

本题考查的知识点较多，以氢气利用为线索考查了化学反应中的能量变化、电解原理及其应用、化学平衡的移动及其影响因素等相关知识。在书写燃料电池电极反应时，要注意掌握一般的书写方法：①电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则；②将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；③负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关(如+4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32-形式存在)；④溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与H+结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-。本题的易错点和难点是c(Na2FeO4)低于最高值的原因分析。分析时，要注意从题目中寻找线索并结合反应的特征分析。