Question

【題目】氫能被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源，其開發利用是科學家們研究的重要課題。試回答下列問題：

(1)與化石燃料相比，氫氣作為燃料的優點是_________(至少答出兩點)。

(2)與氫氣直接燃燒相比較，設計成鎳氫電池可以大大提高能量的轉換率，在鎳氫電池充電過程中儲氫合金（M）吸氫轉化為MH2，總反應為：xNi(OH)2+MxNiOOH+MHx，試寫出放電過程中負極

反應式____________。

(3)施萊辛（Sehlesinger）等人提出可用NaBH4與水反應制氫氣：BH4-+2H2O=BO2-+4H2↑，已知NaBH4與水反應后所得溶液顯堿性，溶液中各離子濃度大小關系為__________，用離子方程式表示出溶液顯堿性的原因_______________。

(4)在容積均為VL的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個相同密閉容器中，分別放入ag的儲氫合金（M）和bmol氫氣發生如下反應：2M(s)+xH2(g)2MHx(s) ΔH<0，三個容器的反應溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變，在其他條件相同的情況下，實驗測得反應均進行到1min時M的質量如圖1所示，此時Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個容器中一定達到化學平衡狀態的是___________，當三個容器反應都達到化學平衡時，H2轉化率最大的反應溫度是______。

(5)儲氫還可以借助有機物，如利用乙苯與苯乙烯之間的可逆反應來實現脫氫和加氫；

①在恒容密閉容器中，控制不同溫度進行乙苯的脫氫實驗。以乙苯起始濃度均為c mol/L測定乙苯的轉化率，結果如圖2所示。圖中A為乙苯的平衡轉化率與溫度關系曲線，B曲線表示不同溫度下反應經過相同時間且為達到化學平衡時乙苯的轉化率。試說明隨溫度的升高，曲線B向曲線A逼近的原因__________。

②維持體系總壓恒定，在溫度T時，物質的量為n、體積為V的乙苯蒸氣發生催化脫氫。已知乙苯的平衡轉換率為a，則在該溫度下反應的平衡常數K=__________（用a等符號表示）。

Answer 1

【答案】 原料來源廣；燃燒熱值高；污染小；可再生等（或其他合理答案給分） MHx ＋xOH-－xe-＝ M＋xH2O c(Na+) > c(BO2-) > c( OH-) > c( H+ ) BO2-+2H2 OH3BO3+OH- Ⅲ T1 溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需的時間縮短(或其他合理答案給分)

【解析】(1)與化石燃料相比，氫氣作為燃料的優點是原料來源廣，燃燒熱值高，污染小，可再生等。(2)根據總反應式可知放電過程中負極是MHx失去電子，則負極反應式為 MHx＋xOH-－xe-＝M＋xH2O。(3)已知NaBH4與水反應后所得溶液顯堿性，這說明BO2-水解，方程式為：BO2-+2H2OH3BO3+OH-，則溶液中各離子濃度大小關系為c(Na+) > c(BO2-) > c( OH-) > c( H+ )；(4)該反應正反應為放熱反應，根據圖1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ圖象，M質量由小到大依次為：Ⅱ＜Ⅰ＜Ⅲ，T1中的狀態轉變成T2中的狀態，M質量減小，說明平衡正向移動，說明T1未達平衡狀態，T2中的狀態轉變成T3中的平衡狀態，M質量增大，說明平衡逆向移動，說明T2可能達平衡狀態，一定達到化學平衡狀態的是Ⅲ，該反應正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，若三個容器內的反應都達到化學平衡時，Ⅰ容器溫度最低，所以H2轉化率最大的反應溫度是T1。(5)①由于溫度升高，反應速率加快，從而導致達到平衡所需的時間縮短，所以曲線B向曲線A逼近。②根據方程式可知

起始量 n 0 0

轉化量 na na na

平衡量 n-na na na

反應前后體積不變，則反應后的容積為，所以該溫度下反應的平衡常數K＝。