Question

7．礦物燃料在使用的過程中會產(chǎn)生大量污染性物質(zhì)，如SO₂和CO₂，而H₂和NH₃都被認為是理想的清潔能源．

（1）某些合金可用于儲存氫，金屬儲氫的原理可表示為：M（s）+xH₂═MH_2x（s）△H＜0  （M表示某種合金）如圖1表示溫度分別為T₁、T₂時，最大吸氫量與氫氣壓強的關(guān)系．則下列說法中，正確的是bd；
a．T₁＞T₂                         b．增大氫氣壓強，加快氫氣的吸收速率
c．增大M的量，上述平衡向右移動     d．上述反應(yīng)可實現(xiàn)多次儲存和釋放氫氣
（2）以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，稀土金屬材料為電極組成氫氧燃料電池（如圖2裝置甲所示），其中負極通入H₂，正極通入O₂和CO₂的混合氣體．圖2乙裝置中a、b為石墨電極，電解一段時間后，b電極附近滴入酚酞溶液變紅，NaCl溶液的體積為100mL．
①工作過程中，甲裝置中d電極上的電極反應(yīng)式是O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-；乙裝置中電極a為陽極（填電極名稱）．
②若在a極產(chǎn)生112mL（標準狀況）氣體，25℃時乙裝置中所得溶液pH=13．（忽略電解前后溶液的體積變化）
（3）氨在氧氣中燃燒，生成水和一種空氣組成成分的單質(zhì)．
已知：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1   2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H=-572KJ•mo1^-1試寫出氨氣在氧氣中燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式4NH₃（g）+3O2（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2KJ/mol；
（4）在一定條件下，將lmolN₂和3molH₂混臺于一個10L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?高溫高壓催化劑2NH₃（g）△H＜0 已知5分鐘后達到平衡，平衡時氨氣的體積分數(shù)為25%．
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②能判斷該反應(yīng)是否達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是a
a、容器中壓強不變   b、混合氣體的密度不變  c、3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃） d、c（N₂）：c（H₂）：c（NH₃）=1：3：2
③對于上述平衡狀態(tài)，改變下列條件能使反應(yīng)速率增大，且平衡向正向移動的d
a、選用更高效的催化劑    b、升高溫度   c、及時分離出氨氣  d、增加H₂的濃度   e、充入He，使體系總壓強增大．

Answer 1

分析 （1）在壓強相同的條件下，T₁對應(yīng)的吸氫量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移動，而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度不變平衡常數(shù)不變，結(jié)合表達式分析求解；
（2）以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，稀土金屬材料為電極組成氫氧燃料電池（如圖2裝置甲所示），其中負極通入H₂，正極通入O₂和CO₂的混合氣體，
圖2乙裝置中a、b為石墨電極，電解一段時間后，b電極附近滴入酚酞溶液變紅，說明溶液中氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，則b電極為電解池陰極，a為電解池陽極，和b電極相連的電極c電極為負極，與a電極相連的d電極為原電池負極，A端通入氫氣，B端通入O₂和CO₂的混合氣體，
①甲裝置中d電極為陽極，電極上的電極反應(yīng)式是氧氣得到電子在熔融鹽中和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子；
②依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計算，a極為電解池陽極，產(chǎn)生112mL（標準狀況）氣體為氫氣物質(zhì)的量=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，電子轉(zhuǎn)移0.01mol，消耗氫離子物質(zhì)的量0.01mol，溶液中生成氫氧根離子物質(zhì)的量為0.01mol，計算氫氧根離子濃度得到溶液PH；
（3）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到，氨氣在氧氣中燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式；
（4）①平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積；
②根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài)．
③a、選用更高效的催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學平衡；    
b、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)速率增大，平衡逆向進行；   
c、及時分離出氨氣平衡正向進行，反應(yīng)速率減�。�  
d、增加H₂的濃度會增大反應(yīng)速率，平衡正向進行；   
e、充入He，使體系總壓強增大，氣體分壓不變，平衡不變；

解答 解：（1）在壓強相同的條件下，T₁對應(yīng)的吸氫量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移動，而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以T₂→T₁，是降溫，所以T₂＞T₁，
a．T₁＜T₂，故a錯誤；
b．增大氫氣壓強，反應(yīng)速率加快，氫氣的吸收速率加快，故b正確；
c．M為固體，增大M的量，濃度不變，上述平衡不移動，故c錯誤；
d．金屬儲氫的原理可表示為：M（s）+xH₂═MH_2x（s）△H＜0 平衡可以正向或逆向進行，反應(yīng)可實現(xiàn)多次儲存和釋放氫氣，故d正確；
故答案為：bd；
（2）以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，稀土金屬材料為電極組成氫氧燃料電池（如圖2裝置甲所示），其中負極通入H₂，正極通入O₂和CO₂的混合氣體，
圖2乙裝置中a、b為石墨電極，電解一段時間后，b電極附近滴入酚酞溶液變紅，說明溶液中氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，則b電極為電解池陰極，a為電解池陽極，和b電極相連的電極c電極為負極，與a電極相連的d電極為原電池負極，A端通入氫氣，B端通入O₂和CO₂的混合氣體，
①甲裝置中d電極為陽極，電極上的電極反應(yīng)式是氧氣得到電子在熔融鹽中和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)為：O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-，
故答案為：O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-，陽極；
②依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計算，a極為電解池陽極，產(chǎn)生112mL（標準狀況）氣體為氫氣物質(zhì)的量=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，電極反應(yīng)2H⁺+2e^-=H₂↑，消耗氫離子物質(zhì)的量為0.01mol，溶液中生成氫氧根離子物質(zhì)的量為0.01mol，溶液中氫氧根離子濃度c（OH^-）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{0.1}$=10^-13mol/L，溶液PH=13，
故答案為：13；
（3）①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1   
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H=-572KJ•mo1^-1，
陰極蓋斯定律計算②×3-①×2寫出氨氣在氧氣中燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式為：4NH₃（g）+3O2（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2KJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+3O2（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2KJ/mol；
（4）①N₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃（g）△H＜0，反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②a．反應(yīng)前后氣體的化學計量數(shù)之和不相等，當達到平衡狀態(tài)時，壓強不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，無論是否達到平衡狀態(tài)，氣體的密度都不變，不能作為判斷是否達到平衡狀態(tài)的依據(jù)，故b錯誤；
c.2v_正（H₂）=3v_逆（NH₃），說明正逆反應(yīng)速率相等，達到平衡狀態(tài)，但3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃）不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．無論是否達到平衡狀態(tài)，化學反應(yīng)速率之比都等于化學計量數(shù)之比，故d錯誤；
故答案為：a；
③a、催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學平衡，反應(yīng)速率增大，平衡不移動，故a錯誤；    
b、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)速率增大，平衡逆向進行，不符合，故b錯誤；   
c、及時分離出氨氣，生成物濃度減小反應(yīng)速率減小，平衡正向進行，不符合，故c錯誤；  
d、增加H₂的濃度會增大反應(yīng)速率，平衡正向進行，故d正確；   
e、充入He，使體系總壓強增大，氣體分壓不變，平衡不變，不符合，故e錯誤；
故選d；

點評 本題考查了圖象的理解應(yīng)用，主要是化學反應(yīng)速率、化學平衡影響因素、平衡標志、原電池和電解池原理的分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．