氢气是一种清洁能源．制氢和储氢作为氢能利用的关键技术，是当前科学家主要关注的热点问题．（1）用甲烷制取氢气的两步反应的能量变化如1图所示：①甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳

Question

氢气是一种清洁能源．制氢和储氢作为氢能利用的关键技术，是当前科学家主要关注的热点问题．

（1）用甲烷制取氢气的两步反应的能量变化如1图所示：
①甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是___．
②第Ⅱ步反应为可逆反应．800℃时，若CO的起始浓度为2.0mol•L^-1，水蒸气的起始浓度为3.0mol•L^-1，达到化学平衡状态后，测得CO₂的浓度为1.2mol•L^-1，则CO的平衡转化率为___．
（2）NaBH₄是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO₂，且反应前后B元素的化合价不变，该反应的化学方程式为___，反应消耗1mol NaBH₄时转移的电子数目为___．
（3）储氢还可借助有机物，如利用环已烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢．

FeSO4/Al2O3

高温

+3H₂（g）
在某温度下，向恒容容器中加入环已烷，其起始浓度为a mol•L^-1，平衡时苯的浓度为b mol•L^-1，该反应的平衡常数K=___（用含a、b的关系式表达）．
（4）一定条件下，如2图所示装置可实现有机物的电化学储氢（除目标产物外，近似认为无其它有机物生成）．
①实现有机物储氢的电极是___；
A．正极   B．负极   C．阴极   D．阳极
其电极反应方程为：___．
②该储氢装置的电流效率η明显小于100%，其主要原因是相关电极除目标产物外，还有一种单质气体生成，这种气体是___．由表中数据可知，此装置的电流效率η=___．[η=（生成目标产物消耗的电子数/转移的电子总数）×100%，计算结果保留小数点后1位]．

Answer 1

（1）①根据第一步反应过程可以得出：CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g），△H=-103.3KJ/mol；
根据第二步反应过程可以得出：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g），△H=-33.2KJ/mol；
根据盖斯定律，上下两式相加可得：CH₄（g）+2H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）△H=-136.5 kJ/mol，故答案为：CH₄（g）+2H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）△H=-136.5 kJ/mol；
②设CO的平衡转化量为x，
           CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）
初始浓度：2.0    3.0       0      0
变化浓度：1.2     1.2       1.2   1.2
平衡浓度：0.8    1.8        1.2   1.2
 则CO的平衡转化率为(1.2mol/L)/(2.0mol/L)×100%=60%，故答案为：60%；
（2）NaBH₄与水反应生成NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，NaBO₂中B元素化合价为+3价，所以NaBH₄中H元素的化合价为-1价，所以H元素化合价由-1价、+1价变为0价，再结合转移电子守恒配平方程式为NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，反应消耗1mol NaBH₄时转移的物质的量=1mol×4×（1-0）=4mol，所以转移电子数为4N_A或2.408×10²⁴，故答案为：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；4N_A或2.408×10²⁴；
（3）环己烷的起始浓度为amol•L^-1，平衡时苯的浓度为bmol•L^-1，同一容器中各物质反应的物质的量浓度之比等于其计量数之比，所以根据方程式知，环己烷的平衡浓度为（a-b）mol/L，氢气的浓度为3bmol/L，则平衡常数K=(c(C6H6)．c3(H2))/(c(C6H12))mol³•L^-3=(b×(3b)3)/((a-b))=(27b4)/(a-b)mol³•L^-3，
故答案为：(27b4)/(a-b)mol³•L^-3；
（4）①活泼的氢发生氧化反应，是负极，该实验的目的是储氢，所以阴极上发生的反应为生产目标产物，阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷，电极反应式为C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂，故答案为：C；C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂；
②阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阳极上生成2.8mol氧气转移电子的物质的量=2.8mol×4=11.2mol，
生成1mol氧气时生成2mol氢气，则生成2.8mol氧气时同时生成5.6mol氢气，
设参加反应的苯的物质的量是xmol，参加反应的氢气的物质的量是3xmol，剩余苯的物质的量为10mol×24%-xmol，反应后苯的含量=(10mol×24%-x)/(10mol-3xmol+5.6mol)=10%，
x=1.2，苯转化为环己烷转移电子的物质的量为1.2mol×6=7.2mol，则(7.2mol)/(11.2mol)×100%=64.3%，
故答案为：H₂，64.3%．