Question

化學(xué)在能源開發(fā)與利用中起到十分關(guān)鍵的作用．氫氣是一種新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料．
Ⅰ、氫氧燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高，具有廣闊的發(fā)展前景．現(xiàn)用氫氧燃料電池進(jìn)行如圖實(shí)驗(yàn)（圖中所用電極均為惰性電極）
（1）對(duì)于氫氧燃料電池中，下列表達(dá)不正確的是

 

．
A、a電極是負(fù)極，OH^-移向負(fù)極
B、b電極的電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-
C、電極總反應(yīng)式為：2H₂+O₂

點(diǎn)燃  .

2H₂O
D、電池中電解質(zhì)溶液的pH保持不變
E、氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置
（2）如圖裝置中盛有100mL 0.1mol?L^-1 AgNO₃溶液，當(dāng)氫氧燃料電池中消耗氫氣112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，則此時(shí)右圖裝置中溶液的pH=

 

．（溶液體積變化忽略不計(jì)）
Ⅱ、氫氣是合成氨的重要原料．工業(yè)上合成氨的反應(yīng)是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1
（1）下列事實(shí)中，不能說明上述可逆反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的是

 

．
①N₂、H₂、NH₃的體積分?jǐn)?shù)不再改變
②單位時(shí)間內(nèi)生成2n mol NH₃的同時(shí)生成3n mol H₂
③單位時(shí)間內(nèi)生成3n mol N-H鍵的同時(shí)生成n mol N≡N
④用N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率之比為1：3：2
⑤混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變
⑥混合氣體的總物質(zhì)的量不再改變
（2）已知合成氨反應(yīng)在某溫度下2.00L的密閉容器中進(jìn)行，測(cè)得如下數(shù)據(jù)：

時(shí)間（h） 物質(zhì)的量（mol）	0	1	2	3	4
N2	1.50	n1	1.20	n3	1.00
H2	4.50	4.20	3.60	n4	3.00
NH3	0.00	0.20	n2	1.00	1.00

根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算：
①反應(yīng)進(jìn)行到2小時(shí)時(shí)放出的熱量為

 

kJ．
②0～1小時(shí)內(nèi)N₂的平均反應(yīng)速率

 

mol?L^-1?h^-1
③此條件下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=

 

（保留兩位小數(shù)）．
④反應(yīng)達(dá)到平衡后，若往平衡體系中再加入N₂、H₂和NH₃各1mol，化學(xué)平衡向

 

方向移動(dòng)（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”或“不移動(dòng)”）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：Ⅰ、（1）氫氧燃料電池工作時(shí)，通入氫氣的電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性溶液中，電極方程式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧氣的電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，總反應(yīng)式為2H₂+O₂=2H₂O，電解硝酸銀溶液，pH減小；
（2）電解硝酸銀溶液，陰極發(fā)生4Ag⁺+4e^-=4Ag，陽極發(fā)生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，總反應(yīng)式為4AgNO₃+2H₂O

電解  .

4HNO₃+O₂↑+4Ag，根據(jù)方程式計(jì)算；
Ⅱ、（1）當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，以此進(jìn)行判斷；
（2）①反應(yīng)進(jìn)行到2小時(shí)時(shí)，消耗的氮?dú)鉃?.3mol，結(jié)合反應(yīng)的熱化學(xué)方程式計(jì)算反應(yīng)放出的熱量；
②根據(jù)氫氣的反應(yīng)速率計(jì)算氮?dú)獾姆磻?yīng)速率；
③根據(jù)達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度結(jié)合平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
④計(jì)算再加入N₂、H₂和NH₃各1mol時(shí)的濃度冪之積，與平衡常數(shù)向比較，可判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向．

解答： 解：Ⅰ、（1）A、a電極通入氫氣，發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)是負(fù)極，原電池工作時(shí)OH^-移向負(fù)極，故A正確；
B、通入氧氣的電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故B正確；
C、電極總反應(yīng)式為2H₂+O₂=2H₂O，不是在點(diǎn)燃的條件下反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；
D、電解硝酸銀溶液總反應(yīng)式為4AgNO₃+2H₂O

電解  .

4HNO₃+O₂↑+4Ag，電池中電解質(zhì)溶液的pH減小，故D錯(cuò)誤；
E、氫氧燃料電池可分別在兩級(jí)上通入氫氣和氧氣，是一種不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置，故E正確．
故答案為：CD；
（2）電解硝酸銀溶液，陰極發(fā)生4Ag⁺+4e^-=4Ag，陽極發(fā)生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
總反應(yīng)式為4AgNO₃+2H₂O

電解  .

4HNO₃+O₂↑+4Ag，當(dāng)氫氧燃料電池中消耗氫氣112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，
n（H₂）=

0.112L

22.4L/mol

=0.005mol，由電極方程式H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O可知轉(zhuǎn)移電子0.01mol，由電解AgNO₃的總反應(yīng)式可知，轉(zhuǎn)移4mol電子，生成4mol硝酸，因此轉(zhuǎn)移0.01mol電子，產(chǎn)生硝酸0.01mol，c（H⁺）=

0.01mol

0.1L

=0.1mol/L，則pH=1，
故答案為：1；
Ⅱ、（1）①N₂、H₂、NH₃的體積分?jǐn)?shù)不再改變，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故①正確；
②單位時(shí)間內(nèi)生成2n mol NH₃的同時(shí)生成3n mol H₂，說明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡狀態(tài)，故②正確；
③單位時(shí)間內(nèi)生成3n mol N-H鍵的同時(shí)生成n mol N≡N，不符合系數(shù)比，正逆反應(yīng)速率不等，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故③錯(cuò)誤；
④用N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率之比為1：3：2，因反應(yīng)速率之比任意時(shí)刻都等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，不能判斷是否達(dá)到平衡，故④錯(cuò)誤；
⑤混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變，可說明氣體的總物質(zhì)的量不再改變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故⑤正確；
⑥對(duì)于反應(yīng)前后氣體體積改變的反應(yīng)，混合氣體的總物質(zhì)的量不再改變，可說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故⑥正確．
故答案為：③④；
（2）①反應(yīng)進(jìn)行到2小時(shí)時(shí)，消耗的氮?dú)鉃?.3mol，由反應(yīng)的熱化學(xué)方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1可知，放出的熱量為0.3mol×92.2kJ?mol^-1=27.66kJ，
故答案為：27.66；
②由表中數(shù)據(jù)可知0～1小時(shí)內(nèi)H₂的平均反應(yīng)速率為v（H₂）=

4.5mol-4.2mol 2L

1h

=0.15mol/（L?h），
則v（N₂）=

1

3

v（H₂）=0.05mol/（L?h），
故答案為：0.05；
③由表中數(shù)據(jù)可知平衡時(shí)c（N₂）=0.5mol/L，c（H₂）=1.5mol/L，c（NH₃）=0.5mol/L，
則K=

0．52

0.5×1．53

=0.148≈0.15，
故答案為：0.15；
④再加入N₂、H₂和NH₃各1mol時(shí)，此時(shí)c（N₂）=1mol/L，c（H₂）=2mol/L，c（NH₃）=1mol/L，
此時(shí)Qc=

1×1

1×23

=0.125＜0.15，
則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：正反應(yīng)．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及電化學(xué)知識(shí)以及化學(xué)平衡問題，為高考常見題型，側(cè)重于考查學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)知識(shí)的能力和分析問題的能力，題目難度中等，注意把握電極方程式的書寫．