Question

化學在能源開發(fā)與利用中起到十分關鍵的作用．氫氣是一種新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料．
Ⅰ、氫氧燃料電池能量轉化率高，具有廣闊的發(fā)展前景．現(xiàn)用氫氧燃料電池進行如圖實驗（圖中所用電極均為惰性電極）
（1）對于氫氧燃料電池中，下列表達不正確的是______．
A、a電極是負極，OH^-移向負極
B、b電極的電極反應為：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-
C、電極總反應式為：2H₂+O₂

點燃 .

2H₂O
D、電池中電解質溶液的pH保持不變
E、氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內的新型發(fā)電裝置
（2）如圖裝置中盛有100mL 0.1mol?L^-1 AgNO₃溶液，當氫氧燃料電池中消耗氫氣112mL（標準狀況下）時，則此時右圖裝置中溶液的pH=______．（溶液體積變化忽略不計）
Ⅱ、氫氣是合成氨的重要原料．工業(yè)上合成氨的反應是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1
（1）下列事實中，不能說明上述可逆反應已經(jīng)達到平衡的是______．
①N₂、H₂、NH₃的體積分數(shù)不再改變
②單位時間內生成2n mol NH₃的同時生成3n mol H₂
③單位時間內生成3n mol N-H鍵的同時生成n mol N≡N
④用N₂、H₂、NH₃的物質的量濃度變化表示的反應速率之比為1：3：2
⑤混合氣體的平均摩爾質量不再改變
⑥混合氣體的總物質的量不再改變
（2）已知合成氨反應在某溫度下2.00L的密閉容器中進行，測得如下數(shù)據(jù)：

時間（h） 物質的量（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

根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算：
①反應進行到2小時時放出的熱量為______kJ．
②0～1小時內N₂的平均反應速率______mol?L^-1?h^-1
③此條件下該反應的化學平衡常數(shù)K=______（保留兩位小數(shù)）．
④反應達到平衡后，若往平衡體系中再加入N₂、H₂和NH₃各1mol，化學平衡向______方向移動（填“正反應”或“逆反應”或“不移動”）

Answer 1

Ⅰ、（1）A、a電極通入氫氣，發(fā)生氧化反應，應是負極，原電池工作時OH^-移向負極，故A正確；
B、通入氧氣的電極為正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故B正確；
C、電極總反應式為2H₂+O₂=2H₂O，不是在點燃的條件下反應，故C錯誤；
D、電解硝酸銀溶液總反應式為4AgNO₃+2H₂O

電解 .

4HNO₃+O₂↑+4Ag，電池中電解質溶液的pH減小，故D錯誤；
E、氫氧燃料電池可分別在兩級上通入氫氣和氧氣，是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內的新型發(fā)電裝置，故E正確．
故答案為：CD；
（2）電解硝酸銀溶液，陰極發(fā)生4Ag⁺+4e^-=4Ag，陽極發(fā)生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
總反應式為4AgNO₃+2H₂O

電解 .

4HNO₃+O₂↑+4Ag，當氫氧燃料電池中消耗氫氣112mL（標準狀況下）時，
n（H₂）=

0.112L

22.4L/mol

=0.005mol，由電極方程式H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O可知轉移電子0.01mol，由電解AgNO₃的總反應式可知，轉移4mol電子，生成4mol硝酸，因此轉移0.01mol電子，產(chǎn)生硝酸0.01mol，c（H⁺）=

0.01mol

0.1L

=0.1mol/L，則pH=1，
故答案為：1；
Ⅱ、（1）①N₂、H₂、NH₃的體積分數(shù)不再改變，說明達到平衡狀態(tài)，故①正確；
②單位時間內生成2n mol NH₃的同時生成3n mol H₂，說明正逆反應速率相等，達到平衡狀態(tài)，故②正確；
③單位時間內生成3n mol N-H鍵的同時生成n mol N≡N，不符合系數(shù)比，正逆反應速率不等，沒有達到平衡狀態(tài)，故③錯誤；
④用N₂、H₂、NH₃的物質的量濃度變化表示的反應速率之比為1：3：2，因反應速率之比任意時刻都等于化學計量數(shù)之比，不能判斷是否達到平衡，故④錯誤；
⑤混合氣體的平均摩爾質量不再改變，可說明氣體的總物質的量不再改變，反應達到平衡狀態(tài)，故⑤正確；
⑥對于反應前后氣體體積改變的反應，混合氣體的總物質的量不再改變，可說明達到平衡狀態(tài)，故⑥正確．
故答案為：③④；
（2）①反應進行到2小時時，消耗的氮氣為0.3mol，由反應的熱化學方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1可知，放出的熱量為0.3mol×92.2kJ?mol^-1=27.66kJ，
故答案為：27.66；
②由表中數(shù)據(jù)可知0～1小時內H₂的平均反應速率為v（H₂）=

4.5mol-4.2mol 2L

1h

=0.15mol/（L?h），
則v（N₂）=

1

3

v（H₂）=0.05mol/（L?h），
故答案為：0.05；
③由表中數(shù)據(jù)可知平衡時c（N₂）=0.5mol/L，c（H₂）=1.5mol/L，c（NH₃）=0.5mol/L，
則K=

0．52

0.5×1．53

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

1×1

1×23

=0.125＜0.15，
則平衡向正反應方向移動，
故答案為：正反應．