Question

18．氢气和氨气都属于无碳清洁能源．
（1）某些合金可用于储存氢，金属储氢的原理可表示为：M（s）+xH₂═MH_2x（s）△H＜0  （M表示某种合金）如图1表示温度分别为T₁、T₂时，最大吸氢量与氢气压强的关系．则下列说法中，正确的是b．
a．T₁＞T₂
b．增大氢气压强，加快氢气的吸收速率
c．增大M的量，上述平衡向右移动
d．在恒温、恒容容器中，达平衡后充入H₂，再次平衡后的压强增大
（2）以熔融碳酸盐为电解质，稀土金属材料为电极组成氢氧燃料电池（如图2装置甲所示），其中负极通入H₂，正极通入O₂和CO₂的混合气体．图2乙装置中a、b为石墨电极，电解过程中，b极质量增加．
①工作过程中，甲装置中d电极上的电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．
②若用该装置电解精炼铜，则b极接精铜（填“粗铜”或“精铜”）；若用该装置给铁制品上镀铜，则a（填“a”或“b”）极可用惰性电极（如Pt电极），若电镀量较大，需要经常补充或更换的是CuSO₄溶液．
（3）氨在氧气中燃烧，生成水和一种空气组成成分的单质．
已知：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1  2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H=-572KJ•mo1^-1试写出氨气在氧气中燃烧生成液态水的热化学方程式4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2 kJ•mol^-1．
（4）在一定条件下，将lmol N₂和3mol H₂混台于一个10L的密闭容器中发生反应：
N₂（g）+3H₂（g）$?_{加热，加压}^{催化剂}$2NH₃（g）5min后达到平衡，平衡时氮气的转化率为α．
①该反应的平衡常数K=$\frac{400{a}^{2}}{27（1-a）^{4}}$，（用含α的代数式表示）
②从反应开始到平衡时N₂的消耗速率v（N₂）=0.02αmo1•L^-1•min^-1．（用含α的代数式表示）

Answer 1

分析 （1）在压强相同的条件下，T₁对应的吸氢量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移动，而正反应是放热反应，平衡常数是温度的函数，温度不变平衡常数不变，结合表达式分析求解；
（2）①b极质量增加，则b是阴极，所以a是阳极，c是负极、d是正极，通入氢气的电极是负极，所以A是氢气、B是氧气和二氧化碳，d电极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子；
②若用该装置电解精炼铜，b是阴极，阴极上发生还原反应得到纯铜；如果是电镀池，铁是阴极，所以阳极为铂；若电镀量较大，需要经常补充或更换的是电解质溶液；
（3）根据盖斯定律①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1，根据盖斯定律，由②×3-①×2来解答；
（4）①根据化学平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$来计算；②根据v=$\frac{△c}{△t}$计算．

解答 解：（1）在压强相同的条件下，T₁对应的吸氢量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移动，而正反应是放热反应，所以T₂→T₁，是降温，所以T₂＞T₁，
a．T₁＜T₂，故a错误；
b．增大氢气压强，反应速率加快，氢气的吸收速率加快，故b正确；
c．M为固体，增大M的量，浓度不变，上述平衡不移动，故c错误；
d．在恒温、恒容容器中，达平衡后充入H₂，K=c^x（H₂），而平衡常数是温度的函数，温度不变，浓度不变，而体积不变，所以物质的量不变，压强不变，故d错误；
故答案为：b；
（2）①b极质量增加，则b是阴极，所以a是阳极，c是负极、d是正极，通入氢气的电极是负极，所以A是氢气、B是氧气和二氧化碳，d电极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，
故答案为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
②若用该装置电解精炼铜，b是阴极，阴极上发生还原反应得到纯铜；如果是电镀池，铁是阴极，所以阳极为铂；若电镀量较大，需要经常补充或更换的是CuSO₄溶液，故答案为：精铜；a；CuSO₄溶液；
（3）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1
根据盖斯定律，由②×3-①×2得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2 kJ•mol^-1
故答案为：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2 kJ•mol^-1；
（4）N₂ +3H₂?2NH₃，
开始（mol）：1       3         0       
变化（mol）：α      3α        2α
平衡（mol）：1-α     3-3α      2α
①该反应的平衡常数K=$\frac{（\frac{2a}{10}）^{2}}{\frac{1-a}{10}×（\frac{3-3a}{10}）^{3}}$=$\frac{400{a}^{2}}{27（1-a）^{4}}$，故答案为：$\frac{400{a}^{2}}{27（1-a）^{4}}$；
②从反应开始到平衡时N₂的消耗速率v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{a}{10}}{5min}$=0.02αmo1•L^-1•min^-1，故答案为：0.02α．

点评 本题是道综合题，三段式法对化学反应进行计算，注意化学平衡常数、转化率等知识的运用，难度不大，涉及知识点较多，注意对应知识的积累．