Question

【題目】[2016·天津]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）氫氣可用于制備H2O2。已知：

H2(g)+A(l) B(l) ΔH1

O2(g)+B(l) A(l)+H2O2(l) ΔH2

其中A、B為有機物，兩反應均為自發反應，則H2(g)+O2(g) H2O2(l)的ΔH 0(填“>”、“<”或“=”)。

（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）利用太陽能直接分解水制氫，是最具吸引力的制氫途徑，其能量轉化形式為 。

（5）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+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，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，其原因為 。

③c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2，任選M、N兩點中的一點，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因： 。

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) H2+2OH2e2H2O

（2）<

（3）ac

（4）光能轉化為化學能

（5）①陽極室 ②防止Na2FeO4與H2反應使產率降低 ③M點：c(OH)低，Na2FeO4穩定性差，且反應慢或N點：c(OH)過高，鐵電極上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4產率降低

【解析】本題考查反應熱、化學平衡及電化學等，意在考查考生對化學反應原理的運用能力。（1）氫氣的來源廣且可再生，燃燒生成水，無污染，且單位質量的氫氣燃燒放出的熱量比汽油多。堿性氫氧燃料電池的負極發生氧化反應，在堿性條件下氫氣放電生成H2O。

（2）題中的兩個反應都是熵減的反應，由于兩個反應均能自發進行，所以兩個反應都是放熱反應，即ΔH1<0、ΔH2<0。根據蓋斯定律，將題中兩個熱化學方程式疊加得：H2(g)+O2(g) H2O2(l) ΔH=ΔH1+ΔH2<0。

（3）達到化學平衡時，氣體的物質的量不變，所以容器內氣體壓強保持不變，a項正確；由于該反應是可逆反應，所以吸收y mol H2所需的MHx的物質的量大于1 mol，b項錯誤；該反應的平衡常數表達式為K= ，由于該反應是放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動，c(H2)減小，故K增大，c項正確；向容器內通入少量氫氣，平衡向正反應方向移動，v(正)>v(逆)，即v(吸氫)>v(放氫)，d項錯誤。

（4）太陽能分解水制氫，是光能轉化為化學能的過程。

（5）①電解時，陽極反應式為：Fe6e+8OH+4H2O，陰極反應式為：2H2O+2eH2↑+2OH，電解過程中，陽極室消耗OH，c(OH)降低。②根據題意，Na2FeO4易被H2還原，由于陰極產生的氣體為H2，若不及時排出，會將Na2FeO4還原，使其產率降低。③根據題意，若堿性較弱，則Na2FeO4穩定性差，且反應慢；若堿性較強，則鐵電極區會產生Fe(OH)3或Fe(OH)3分解生成的Fe2O3，所以M點和N點的c(Na2FeO4)均低于最高值。