Question

20．氫氣將會(huì)成為21世紀(jì)最理想的能源．
（1）目前常用甲烷與水蒸汽反應(yīng)制得CO和H₂，每獲得168L H₂（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）需消耗540KJ熱量，寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式$\frac{5}{2}$CH₄（g）+$\frac{5}{2}$H₂O（g）?$\frac{5}{2}$CO（g）+$\frac{15}{2}$H₂（g）△H=+540KJ•mol^-1．
（2）化合物A是一種儲(chǔ)氫容量高、安全性好的固體儲(chǔ)氫材料，其儲(chǔ)氫原理可表示為：
A（s）+H₂（g） $?_{釋氫}^{貯氫}$ B（s）+LiH（s）△H=-44.5kJ•mol^-1…①
已知：NH₃（l）?NH₂^-+H⁺
①寫(xiě)出液氨與金屬鋰反應(yīng)生成B和氫氣的化學(xué)方程式2Li+2NH₃=2LiNH₂+H₂↑．
②一定條件下，2.30g固體B與5.35gNH₄Cl固體恰好完全反應(yīng)，生成固體鹽C和能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)色的氣體D，氣體D的體積4.48 L（折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
③A的化學(xué)式為L(zhǎng)i₂NH，LiH中r（Li⁺）小于r（H^-）（填“大于”或“小于”）．
④B在加強(qiáng)熱時(shí)生成NH₃和另一種化合物E，該分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為3LiNH₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Li₃N+2NH₃．
（3）化合物E也可以作儲(chǔ)氫材料，其儲(chǔ)氫原理可表示為：
E（s）+H₂（g） $?_{釋氫}^{貯氫}$ A（s）+LiH（s）△H=-165kJ•mol^-1…②
儲(chǔ)氫材料可以通過(guò)加熱的方式釋放氫氣．從實(shí)用化角度考慮，選擇A或E作儲(chǔ)氫材料哪個(gè)更合理？理由是E，E的儲(chǔ)氫量要比A多．

Answer 1

分析 （1）甲烷與水蒸汽反應(yīng)制得CO和H₂，每獲得168L即7.5mol H₂（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）需消耗540KJ熱量，根據(jù)熱化學(xué)方程式系數(shù)的意義來(lái)回答；
（2）①B是LiNH₂，液氨與金屬鋰反應(yīng)生成氫氣和LiNH₂；
②在一定條件下，2.30g固體B：LiNH₂與5.35gNH₄Cl固體恰好完全反應(yīng)，生成固體C和氣體D，氣體D能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)色，可推知D為NH₃，NH₄Cl的摩爾質(zhì)量為53.5g/mol，5.35gNH₄Cl為0.1mol，B：LiNH₂含Li，則固體B與NH₄Cl固體反應(yīng)可表為：LiNH₂+NH₄Cl→LiCl+NH₃，2.30g固體B：LiNH₂物質(zhì)的量是0.1mol，根據(jù)Cl原子守恒，LiCl的物質(zhì)的量=0.1mol，再根據(jù)質(zhì)量守恒和原子守恒計(jì)算；
③B是LiNH₂，根據(jù)A（s）+H₂（g）$?_{釋氫}^{儲(chǔ)氫}$B（s）+LiH（s），利用元素守恒可知A的化學(xué)式，離子半徑大小，Li⁺，H^-，電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)越大半徑越�。�
④B是LiNH₂，根據(jù)元素守恒可知，B在加強(qiáng)熱時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)，生成NH₃和另一種化合物E為L(zhǎng)i₃N，據(jù)此書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)A和E儲(chǔ)氫量的多少選擇儲(chǔ)氫材料．

解答 解：（1）每獲得168L H₂（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）需消耗540KJ熱量，即每獲得$\frac{168L}{22.4L/mol}$=$\frac{15}{2}$mol H₂（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）需消耗540KJ熱量，故該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為$\frac{5}{2}$CH₄（g）+$\frac{5}{2}$H₂O（g）?$\frac{5}{2}$CO（g）+$\frac{15}{2}$H₂（g）△H=+540KJ•mol^-1，
故答案為：$\frac{5}{2}$CH₄（g）+$\frac{5}{2}$H₂O（g）?$\frac{5}{2}$CO（g）+$\frac{15}{2}$H₂（g）△H=+540KJ•mol^-1；
（2）①B是LiNH₂，液氨與金屬鋰反應(yīng)生成氫氣和LiNH₂，反應(yīng)的方程式為2Li+2NH₃=2LiNH₂+H₂↑，
故答案為：2Li+2NH₃=2LiNH₂+H₂↑；
②在一定條件下，2.30g固體B：LiNH₂與5.35gNH₄Cl固體恰好完全反應(yīng)，生成固體C和氣體D，氣體D能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)色，可推知D為NH₃，NH₄Cl的摩爾質(zhì)量為53.5g/mol，5.35gNH₄Cl為0.1mol，B：LiNH₂含Li，則固體B與NH₄Cl固體反應(yīng)可表為：LiNH₂+NH₄Cl→LiCl+NH₃，2.30g固體B：LiNH₂物質(zhì)的量是0.1mol，根據(jù)Cl原子守恒，LiCl的物質(zhì)的量=0.1mol，再根據(jù)質(zhì)量守恒和原子守恒（原子的種類(lèi)和數(shù)目反應(yīng)前后相同），則2.3gB中含有N原子為0.1mol，35gNH₄Cl為0.1mol，含有N原子為0.1mol，根據(jù)氮元素守恒，所以產(chǎn)生氨氣是0.2mol，體積是0.2mol×22.4L/mol=4.48L，
故答案為：4.48；
③B是LiNH₂，根據(jù)A（s）+H₂（g）$?_{釋氫}^{儲(chǔ)氫}$B（s）+LiH（s），利用元素守恒可知A的化學(xué)式為L(zhǎng)i₂NH，離子半徑大小，Li⁺，H^-，電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)越大半徑越小，LiH中r（Li⁺）小于r（H^-），
故答案為：Li₂NH；小于；
④推知B是LiNH₂，根據(jù)元素守恒可知，B在加強(qiáng)熱時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)，生成NH₃和另一種化合物E為L(zhǎng)i₃N，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3LiNH₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Li₃N+2NH₃，
故答案為：3LiNH₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Li₃N+2NH₃．
（3）根據(jù)A的化學(xué)式為L(zhǎng)i₂NH，E為L(zhǎng)i₃N可知，E的儲(chǔ)氫量要比A多，所以選擇選擇儲(chǔ)氫材料E比較合理，
故答案為：E，E的儲(chǔ)氫量要比A多．

點(diǎn)評(píng) 本題考查無(wú)機(jī)物推斷，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移應(yīng)用與綜合分析解決問(wèn)題能力，對(duì)學(xué)生的邏輯推理有較高的要求，把握A中含Li元素，B物質(zhì)化學(xué)式的推斷是解題關(guān)鍵，難度較大．