Question

18．氢气被公认是21世纪替代矿物燃料的理想能源．请回答下列问题
（1）若用水制取氢气，以下研究方向不正确的是AC
A．构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此可以研究在水不分解的情况下，使氢元素成为一种能源
B．设法使太阳光聚焦，产生高温，使水分解产生氢气
C．寻找高效催化剂，使水分解产生氢气，同时释放能量
D．寻找特殊化学物质用于开发廉价能源，以分解水制取氢气
（2）氢氧燃料电池是符合绿色化学概念的新型发电装置．其构造如图所示：a、b两个极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电．在导线中电子流动方向为a流向b（用a、b表示）．B电极发生的电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．若消耗标准状况下5.6LH₂，则通过导向中的电子数为0.5N_A
（3）若氢气的燃烧过程中，破坏1molH₂中的化学键消耗的能量为Q₁KJ，破坏1molO₂中的化学键为Q₂KJ，形成1molH₂O中的化学键释放的能量为Q₃kJ，下列关系式正确的是D
A．Q₁+Q₂＞Q ₃                  B．Q₁+Q₂＜Q ₃
C.2Q₁+Q₂＞2Q ₃                D.2Q₁+Q₂＜2Q ₃．

Answer 1

分析 （1）A、水不分解也就是物质不变化，物质不变化也就不会产生新物质，不产生新物质就没有氢气．
B．通过水分解产生氢气，这是可行的．
C．水分解产生氢气，但需要吸收能量．
D．开发廉价能源，以分解水制氢气，这是可行的确．
（2）氢氧燃料电池中，通入氢气的一极a为电源的负极，发生氧化反应，电极反应式为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧气的一极b为原电池的正极，电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，氢氧燃料电池的总反应为：2H₂+O₂=2H₂O；
（3）化学反应中旧键断裂需要吸收能量，新键形成需要放出能量，化学反应中的反应热△H=反应物总键能-生成物总键能，H-H键的键能为436kJ/mol，O═O键的键能为498kJ/mol，注意氢气在氧气中燃烧，反应热△H＜0，每摩尔H₂O中含有2molH-O键，据此计算．

解答 解：（1）A、水不分解也就是物质不变化，物质不变化也就不会产生新物质，不产生新物质就没有氢气，故A错误；
B．通过水分解产生氢气，这是可行的．故B正确；
C．水分解产生氢气，但需要吸收能量，故C错误；
D．开发廉价能源，以分解水制氢气，这是可行的，故D正确；
故选AC．
（2）氢氧燃料电池中，通入氢气的一极a为电源的负极，发生氧化反应，电极反应式为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧气的一极b为原电池的正极，电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，原电池工作时，电子由负极a经外电路流向正极b；消耗标准状况下5.6L即0.25molH₂，则通过导向中的电子为0.5mol，数目为：0.5N_A．
故答案为：a流向b；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；0.5N_A；
（3）破坏1molH-H消耗的能量为Q₁kJ，则H-H键能为Q₁kJ/mol，破坏1molO═O键消耗的能量为Q₂kJ，则O═O键键能为Q₂kJ/mol，
形成1mol水中的化学键释放的能量为Q₃kJ，每摩尔H₂O中含有2molH-O键，1molH-O键释放的能量为$\frac{1}{2}$Q₃kJ，则H-O键能为$\frac{1}{2}$Q₃kJ/mol，
对于反应2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）反应热△H=反应物的总键能-生成物的总键能，
故：反应热△H=2Q₁kJ/mol+Q₂kJ/mol-4×$\frac{1}{2}$Q₃kJ/mol=（2Q₁+Q₂-2Q₃）KJ/mol，
由于氢气在氧气中燃烧，反应热△H＜0，即（2Q₁+Q₂-2Q₃）＜0，所以2Q₁+Q₂＜2Q₃，故选D．

点评 本题考查了制取氢气的方法原理、氢气作为能源的主要优点、原电池工作原理的应用等知识，注意电极判断，电极反应是解题关键，题目难度中等．