Question

氢气是一种新型的绿色能源，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，1g H₂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）氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景．现氢氧燃料电池进行图1所示实验：
①氢氧燃料电池中，正极的电极反应式为______；
②右图装置中，某一铜电极的质量减轻3.2g，则a极上消耗的O₂在标准状况下的体积为______L．
（3）氢气是合成氨的重要原料，合成氨反应的热化方程式如下：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol
①当合成氨反应达到平衡后，改变某一外界条件（不改变N₂、H₂和NH₃的量），反应速率与时间的关系如图2所示．图2中t₁时引起平衡移动的条件可能是______，其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段时间是______，若t-t₁，t₁-t₃，t₃-t₅这三段平衡常数分别用K₁，K₂，K₃表示，那么K₁，K₂，K₃的大小关系是______．
②若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，平衡______移动（填“向左”、“向右”或“不”）；使用催化剂反应的△H______（填“增大”、“减小”或“不改变”）．
温度为T℃时，将2a mol H₂和 a mol N₂放入0.5L密闭容器中，充分反应后测得N₂的转化率为50%．则反应的平衡常数为______．

Answer 1

【答案】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）①氢氧燃料电池正极发生还原反应；
②氢氧燃料电池是原电池，硫酸铜溶液铜电极电解；依据电子守恒计算；
（3）①根据图象分析影响平衡的因素，平衡常数随温度而变化；
②依据影响平衡的因素分析判断平衡移动，计算出平衡时各物质的；浓度，根据平衡常数表达式计算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．
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）+O₂（g）=H₂O（1）△H=-285.8kJ/mol，故答案为：H₂（g）+O₂（g）=H₂O（1）△H=-285.8kJ/mol；
（2）①氢氧燃料电池正极上氧气的电子发生还原反应生成OH^-，电极反应式为：O₂+2H₂0+4e^-=4OH^-，故答案为：O₂+2H₂0+4e^-=4OH^-；
②某一铜电极的质量减轻3.2g物质的量为0.05mol，电极反应为阳极发生氧化反应，Cu-2e^-=Cu²⁺；则a极上是原电池的正极反应为：O₂+2H₂0+4e^-=4OH^-，依据电子守恒得到：O₂～2Cu，消耗的O₂物质的量为0.025mol，在标准状况下的体积=0.025mol×22.4L/mol=0.56L，故答案为：O₂+2H₂0+4e^-=4OH^-；0.56；
（3）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol；反应是放热反应，反应前后气体体积减小，
①依据反应速率与时间的关系图象分析，t₁时正逆反应速率都增大，平衡正向移动，引起平衡移动的条件可能是增大压强；表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段时间是t₂-t₃；若t-t₁，t₁-t₃，t₃-t₅这三段平衡常数分别用K₁，K₂，K₃表示，平衡常数随温度变化，升高温度平衡左移，平衡常数减小，那么K₁，K₂，K₃的大小关系是：K₁=K₂＞K₃
②若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，为保持恒压，体积增大，平衡向逆向进行；催化剂改变反应速率，不改变化学平衡，反应焓变不变；
温度为T℃时，将2a mol H₂和 a mol N₂放入0.5L密闭容器中，充分反应后测得N₂的转化率为50%．则反应的平衡常数可以列出三段式计算平衡浓度，依据平衡常数概念计算：
     N₂（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==（mol/L）^-2；
故答案为：（mol/L）^-2．
点评：本题考查了燃料电池的原理应用，热化学反应方程式的书写、影响化学反应速率的因素，图象分析，化学平衡三段式计算等知识点，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．