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．现用氢氧燃料电池进行如图1所示实验：
①氢氧燃料电池中，正极的电极反应式为______．
②如图1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，合成氨反应的热化学方程式如下：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______．
②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依据电子守恒建立关系式进行计算；
（3）根据图象分析影响平衡的因素；
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．
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，所以消耗的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：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；t₁-t₂平衡正向移动，t₃-t₄平衡逆向移动，t₅-t₆平衡不移动，所以表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段时间是t₂-t₃，故答案为：增大压强；t₂-t₃；
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（mol/L）  2a        4a        0
反应（mol/L）  a         3a       2a  
平衡（mol/L）  a         a        2a
所以化学平衡常数K==，故答案为：．
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．