Question

氢气是中学化学中常见的气体之一，它是一中新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料．
（1）氢气燃烧热值高．实验测得，在常温常压下，1gH₂完全燃烧生成液态水，放出142.9kJ热量．则H₂燃烧的热化学方程式为

 

．
（2）某同学利用铁与硫酸反应制取氢气，反应速率较慢，你认为可能的原因是：

 

．
（3）氢气是合成氨的重要原料．工业上合成氨的反应是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₂（g）
①一定条件下，一定量的N₂和H₂反应达到平衡后，改变某一外界条件，反应速率与时间的关系如右图所示，其中加入催化剂引起反应速率变化的时间段是

 

（填，如0～t₁等）．
②温度为T℃时，将2a mol H₂和 amolN₂放入0.5L密闭容器中，充分反应后测得N₂的转化率为50%．则该温度下反应的平衡常数为

 

（用含a的代数式表示）．
（4）利用光分解水制氢是未来解决能源危机的理想方法之一，某研究机构设计了如图的砷化镓光电池系统实现光分解水制氢．光电池的a极为

 

极；若电解池内是硫酸钠溶液，则b极的电极反应式为

 

．

Answer 1

分析：（1）根据热化学反应方程式的书写规则书写，注意不要漏写各物质的状态．
（2）铁的纯度太高和氢离子浓度太大或太小都影响其反应速率．
（3）①催化剂能同等程度的改变正逆反应速率，据此分析．
②化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比．
（4）根据图分析，电解池中氢离子的阴极上放电生成氢气，阴极连接的是电源的负极，电解池的阳极连接的是电源的正极．

解答：解：（1）1g氢气的物质的量是0.5mol，燃烧0.5mol氢气放出142.9kJ热量，所以燃烧1mol氢气放出285.8kJ热量，所以氢气的燃烧热化学反应方程式为：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（1）△H=-285.8kJ/mol．
故答案为：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（1）△H=-285.8kJ/mol．
（2）铁和硫酸反应时，如果铁的纯度较高，反应速率会较慢；如果溶液中氢离子浓度较低，反应速率会较慢；如果溶液中氢离子浓度太高，浓硫酸和铁能发生钝化现象，反应速率会较低．
故答案为：铁单质的纯度较高或硫酸浓度太稀或硫酸浓度太浓．
（3）①原来是平衡状态时，正逆反应速率相等，催化剂能同等程度的改变正逆反应速率，所以正逆反应速率还相等，且比原来速率大，即时间段是t₂～t₃．
故答案为t₂～t₃． 
 ②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₂（g）
开始2amol/L   4amol/L    0
反应amol/L    3amol/L   2amol/L 
平衡amol/L    amol/L    2amol/L
所以化学平衡常数K=

(2amol/L)2

(amol/L)．(amol/L)3

=

4

a2

故答案为

4

a2

．
（4）根据图知，b极上生成氢气，所以在电解池中，氢离子在阴极上得到电子生成氢气，所以b极是阴极，b极连接的为电源的负极，所以a极是电源的正极；电解硫酸钠溶液，溶液中的水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为  2H2O+2e-=H2↑+2OH-．
故答案为：正极；  2H2O+2e-=H2↑+2OH-．

点评：本题考查了热化学反应方程式的书写、影响化学反应速率的因素等知识点，易错题是（1）题，注意写热化学反应方程式要注明各物质的状态，燃烧热的热化学反应方程式中燃料的计量数为1，然后根据原子守恒配平其它各物质即可．