Question

4．化石燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量污染大氣的二氧化硫和溫室氣體二氧化碳．而氫氣和氨氣都被認(rèn)為是無(wú)碳無(wú)污染的清潔能源．
（一）“氫能”將是未來(lái)最理想的新能源．
（1）某些合金可用于儲(chǔ)存氫，金屬儲(chǔ)氫的原理可表示為：M+xH₂=MH_2x△H＜0  （M表示某種合金）
圖1表示溫度分別為T(mén)₁，T₂時(shí)，最大吸氫量與氫氣壓強(qiáng)的關(guān)系．則下列說(shuō)法中，正確的是cd
a、T₁＞T₂
b、增大M的量，上述平衡向右移動(dòng)
c、增大氫氣壓強(qiáng)，加快氫氣的吸收速率  
 d、上述反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)多次儲(chǔ)存和釋放氫氣
（2）在25℃，101KPa條件下，1g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出142.9kJ熱量，則表示氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式為H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol．
（3）工業(yè)上通常用生產(chǎn)水煤氣的方法制得氫氣．其中C_（s）+H₂O_（g）≒CO_（g）+H_2（g），在850℃時(shí)平衡常數(shù)K=1．若向1升的恒定密閉真空容器中同時(shí)加入x mol C和6.0mol H₂O．
①當(dāng)加熱到850℃反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志有AC．
A．容器內(nèi)的壓強(qiáng)不變   B．消耗水蒸氣的物質(zhì)的量與生成CO的物質(zhì)的量相等
C．混合氣的密度不變   D．單位時(shí)間有n個(gè)H-O鍵斷裂的同時(shí)有n個(gè)H-H鍵斷裂
②x應(yīng)滿(mǎn)足的條件是x＞2．
（二）CO₂是合成尿素的原料．現(xiàn)在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(fù)極通入H₂，正極通入O₂和CO₂的混合氣體．乙裝置中a、b為石墨，電解一段時(shí)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(guò)程中，甲裝置中d電極的電極反應(yīng)式是O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-，乙裝置中   電極b為陰極（填電極名稱(chēng)）．
（2）若在a極產(chǎn)生112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體，25℃時(shí)乙裝置中所得溶 液pH=13．（忽略電解前后溶液體積變化）
（三） 氨是制備尿素的原料，NH₃、N₂H₄等在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航空   航天等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用．
氨氣溶于水得到氨水，在25℃下，將a mol/L的氨水與b mol/L的硫酸以3：2體積比混合反應(yīng)后溶液呈中性．用含a和b的代數(shù)式表示出氨水的電離平衡常數(shù)為$\frac{4b}{3a-4b}×1{0}^{-7}$．

Answer 1

分析 （一）（1）在壓強(qiáng)相同的條件下，T₁對(duì)應(yīng)的吸氫量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移動(dòng)，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(dá)式分析求解；
（2）1g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出142.9kJ熱量，2g氫氣燃燒生成液態(tài)水放熱285.8KJ，燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，結(jié)合熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)；
（3）①化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進(jìn)行判斷，得出正確結(jié)論；
②設(shè)轉(zhuǎn)化的水為amol，根據(jù)平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算．
（二）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(fù)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(shí)間后，b電極附近滴入酚酞溶液變紅，說(shuō)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(yáng)極，和b電極相連的電極c電極為負(fù)極，與a電極相連的d電極為原電池正極，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(yáng)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(jì)算，a極為電解池陽(yáng)極，產(chǎn)生112mL（標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算氫氧根離子濃度得到溶液pH；
（三）根據(jù)電荷守恒：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+2c（SO₄^2-），現(xiàn)已知c（H⁺）=c（OH^-），所以c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）；K_b（NH₃•H₂O）=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，c（OH^-）=10^-7mol•L^-1，c（NH₄⁺）=$\frac{4b}{5}$mol•L^-1，c（NH₃•H₂O）=（$\frac{3a}{5}$-$\frac{4b}{5}$）mol•L^-1，據(jù)此分析．

解答 解：（1）在壓強(qiáng)相同的條件下，T₁對(duì)應(yīng)的吸氫量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移動(dòng)，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(cuò)誤；
b．M為固體，增大M的量，濃度不變，上述平衡不移動(dòng)，故b錯(cuò)誤；
c．增大氫氣壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，氫氣的吸收速率加快，故c正確；
d．金屬儲(chǔ)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(jìn)行，反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)多次儲(chǔ)存和釋放氫氣，故d正確；
故答案為：cd；
（2）1g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出142.9kJ熱量，2g氫氣燃燒生成液態(tài)水放熱285.8KJ，則氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；
故答案為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；
（3）①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
A．反應(yīng)前后氣體的體積不等，故容器內(nèi)的壓強(qiáng)不變可作為判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，故A正確；
B．消耗水蒸氣是正反應(yīng)，生成CO也是正反應(yīng)，故消耗水蒸氣的物質(zhì)的量與生成CO的物質(zhì)的量相等不能作為判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)，故B錯(cuò)誤；
C．密度=$\frac{總質(zhì)量}{體積}$，總質(zhì)量在變，體積不變，故混合氣的密度不變可作為判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，故C正確；
D．單位時(shí)間有n個(gè)H-O鍵斷裂是正反應(yīng)，同時(shí)有n個(gè)H-H鍵斷裂是逆反應(yīng)，但正逆反應(yīng)速率不等，故單位時(shí)間有n個(gè)H-O鍵斷裂的同時(shí)有n個(gè)H-H鍵斷裂不能作為判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)，故D錯(cuò)誤，
故答案為：AC；
②C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
開(kāi)始（mol）：6 0 0
轉(zhuǎn)化（mol）：a a a
平衡（mol）：6-a a a
K=$\frac{a×a}{6-a}$=1，a=2，故x應(yīng)滿(mǎn)足的條件是：x＞2，
故答案為：x＞2；
（二）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(fù)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(shí)間后，b電極附近滴入酚酞溶液變紅，說(shuō)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(yáng)極，和b電極相連的電極c電極為負(fù)極，與a電極相連的d電極為原電池負(fù)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電極為正極，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-，b為陰極．
故答案為：O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-，陰；
②依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算，a極為電解池陽(yáng)極，產(chǎn)生112mL（標(biāo)準(zhǔn)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；
（三）根據(jù)電荷守恒：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+2c（SO₄^2-），現(xiàn)已知c（H⁺）=c（OH^-），所以c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）；K_b（NH₃•H₂O）=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，c（OH^-）=10^-7mol•L^-1，c（NH₄⁺）=$\frac{4b}{5}$mol•L^-1，c（NH₃•H₂O）=（$\frac{3a}{5}$-$\frac{4b}{5}$）mol•L^-1，；K_b（NH₃•H₂O）=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{（\frac{4b}{5}）×1{0}^{-7}}{（\frac{3}{5}a-\frac{4}{5}b）}$=$\frac{4b}{3a-4b}×1{0}^{-7}$，故答案為：$\frac{4b}{3a-4b}×1{0}^{-7}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了圖象的理解應(yīng)用，主要是化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡影響因素、平衡標(biāo)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．