Question

化学在能源开发与利用中起到十分关键的作用．氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料．
Ⅰ、氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景．现用氢氧燃料电池进行如图实验（图中所用电极均为惰性电极）
（1）对于氢氧燃料电池中，下列表达不正确的是

 

．
A、a电极是负极，OH^-移向负极
B、b电极的电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-
C、电极总反应式为：2H₂+O₂

点燃  .

2H₂O
D、电池中电解质溶液的pH保持不变
E、氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
（2）如图装置中盛有100mL 0.1mol?L^-1 AgNO₃溶液，当氢氧燃料电池中消耗氢气112mL（标准状况下）时，则此时右图装置中溶液的pH=

 

．（溶液体积变化忽略不计）
Ⅱ、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）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1
（1）下列事实中，不能说明上述可逆反应已经达到平衡的是

 

．
①N₂、H₂、NH₃的体积分数不再改变
②单位时间内生成2n mol NH₃的同时生成3n mol H₂
③单位时间内生成3n mol N-H键的同时生成n mol N≡N
④用N₂、H₂、NH₃的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为1：3：2
⑤混合气体的平均摩尔质量不再改变
⑥混合气体的总物质的量不再改变
（2）已知合成氨反应在某温度下2.00L的密闭容器中进行，测得如下数据：

时间（h） 物质的量（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

根据表中数据计算：
①反应进行到2小时时放出的热量为

 

kJ．
②0～1小时内N₂的平均反应速率

 

mol?L^-1?h^-1
③此条件下该反应的化学平衡常数K=

 

（保留两位小数）．
④反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入N₂、H₂和NH₃各1mol，化学平衡向

 

方向移动（填“正反应”或“逆反应”或“不移动”）

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：Ⅰ、（1）氢氧燃料电池工作时，通入氢气的电极为负极，发生氧化反应，在碱性溶液中，电极方程式为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧气的电极为正极，发生还原反应，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，总反应式为2H₂+O₂=2H₂O，电解硝酸银溶液，pH减小；
（2）电解硝酸银溶液，阴极发生4Ag⁺+4e^-=4Ag，阳极发生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，总反应式为4AgNO₃+2H₂O

电解  .

4HNO₃+O₂↑+4Ag，根据方程式计算；
Ⅱ、（1）当化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不变，以此进行判断；
（2）①反应进行到2小时时，消耗的氮气为0.3mol，结合反应的热化学方程式计算反应放出的热量；
②根据氢气的反应速率计算氮气的反应速率；
③根据达到平衡时各物质的浓度结合平衡常数表达式计算；
④计算再加入N₂、H₂和NH₃各1mol时的浓度幂之积，与平衡常数向比较，可判断反应进行的方向．

解答： 解：Ⅰ、（1）A、a电极通入氢气，发生氧化反应，应是负极，原电池工作时OH^-移向负极，故A正确；
B、通入氧气的电极为正极，发生还原反应，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故B正确；
C、电极总反应式为2H₂+O₂=2H₂O，不是在点燃的条件下反应，故C错误；
D、电解硝酸银溶液总反应式为4AgNO₃+2H₂O

电解  .

4HNO₃+O₂↑+4Ag，电池中电解质溶液的pH减小，故D错误；
E、氢氧燃料电池可分别在两级上通入氢气和氧气，是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置，故E正确．
故答案为：CD；
（2）电解硝酸银溶液，阴极发生4Ag⁺+4e^-=4Ag，阳极发生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
总反应式为4AgNO₃+2H₂O

电解  .

4HNO₃+O₂↑+4Ag，当氢氧燃料电池中消耗氢气112mL（标准状况下）时，
n（H₂）=

0.112L

22.4L/mol

=0.005mol，由电极方程式H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O可知转移电子0.01mol，由电解AgNO₃的总反应式可知，转移4mol电子，生成4mol硝酸，因此转移0.01mol电子，产生硝酸0.01mol，c（H⁺）=

0.01mol

0.1L

=0.1mol/L，则pH=1，
故答案为：1；
Ⅱ、（1）①N₂、H₂、NH₃的体积分数不再改变，说明达到平衡状态，故①正确；
②单位时间内生成2n mol NH₃的同时生成3n mol H₂，说明正逆反应速率相等，达到平衡状态，故②正确；
③单位时间内生成3n mol N-H键的同时生成n mol N≡N，不符合系数比，正逆反应速率不等，没有达到平衡状态，故③错误；
④用N₂、H₂、NH₃的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为1：3：2，因反应速率之比任意时刻都等于化学计量数之比，不能判断是否达到平衡，故④错误；
⑤混合气体的平均摩尔质量不再改变，可说明气体的总物质的量不再改变，反应达到平衡状态，故⑤正确；
⑥对于反应前后气体体积改变的反应，混合气体的总物质的量不再改变，可说明达到平衡状态，故⑥正确．
故答案为：③④；
（2）①反应进行到2小时时，消耗的氮气为0.3mol，由反应的热化学方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1可知，放出的热量为0.3mol×92.2kJ?mol^-1=27.66kJ，
故答案为：27.66；
②由表中数据可知0～1小时内H₂的平均反应速率为v（H₂）=

4.5mol-4.2mol 2L

1h

=0.15mol/（L?h），
则v（N₂）=

1

3

v（H₂）=0.05mol/（L?h），
故答案为：0.05；
③由表中数据可知平衡时c（N₂）=0.5mol/L，c（H₂）=1.5mol/L，c（NH₃）=0.5mol/L，
则K=

0．52

0.5×1．53

=0.148≈0.15，
故答案为：0.15；
④再加入N₂、H₂和NH₃各1mol时，此时c（N₂）=1mol/L，c（H₂）=2mol/L，c（NH₃）=1mol/L，
此时Qc=

1×1

1×23

=0.125＜0.15，
则平衡向正反应方向移动，
故答案为：正反应．

点评：本题考查较为综合，涉及电化学知识以及化学平衡问题，为高考常见题型，侧重于考查学生综合运用化学知识的能力和分析问题的能力，题目难度中等，注意把握电极方程式的书写．