Question

氫氣是一種新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料．
（1）氫氣燃燒熱值高．實驗測得，在常溫常壓下，1g H₂完全燃燒生成液態(tài)水，放出142.9kJ熱量．則H₂燃燒的熱化學(xué)方程式為

H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（1）△H=-285.8kJ/mol

．
（2）氫氧燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高，具有廣闊的發(fā)展前景．現(xiàn)氫氧燃料電池進行圖1所示實驗：
①氫氧燃料電池中，正極的電極反應(yīng)式為

O₂+2H₂0+4e^-=4OH^-

；
②右圖裝置中，某一銅電極的質(zhì)量減輕3.2g，則a極上消耗的O₂在標準狀況下的體積為

0.56

L．
（3）氫氣是合成氨的重要原料，合成氨反應(yīng)的熱化方程式如下：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol
①當(dāng)合成氨反應(yīng)達到平衡后，改變某一外界條件（不改變N₂、H₂和NH₃的量），反應(yīng)速率與時間的關(guān)系如圖2所示．圖2中t₁時引起平衡移動的條件可能是

增大壓強

，其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段時間是

t₂-t₃

，若t₀-t₁，t₁-t₃，t₃-t₅這三段平衡常數(shù)分別用K₁，K₂，K₃表示，那么K₁，K₂，K₃的大小關(guān)系是

K₁=K₂＞K₃

．
②若在恒溫、恒壓條件下向平衡體系中通入氬氣，平衡

向左

移動（填“向左”、“向右”或“不”）；使用催化劑反應(yīng)的△H

不改變

（填“增大”、“減小”或“不改變”）．
溫度為T℃時，將2a mol H₂和 a mol N₂放入0.5L密閉容器中，充分反應(yīng)后測得N₂的轉(zhuǎn)化率為50%．則反應(yīng)的平衡常數(shù)為

4

a2

（mol/L）^-2

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫規(guī)則書寫，注意不要漏寫各物質(zhì)的狀態(tài)；
（2）①氫氧燃料電池正極發(fā)生還原反應(yīng)；
②氫氧燃料電池是原電池，硫酸銅溶液銅電極電解；依據(jù)電子守恒計算；
（3）①根據(jù)圖象分析影響平衡的因素，平衡常數(shù)隨溫度而變化；
②依據(jù)影響平衡的因素分析判斷平衡移動，計算出平衡時各物質(zhì)的；濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達式計算化學(xué)平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比．

解答：解：（1）1g氫氣的物質(zhì)的量是0.5mol，燃燒0.5mol氫氣放出142.9kJ熱量，所以燃燒1mol氫氣放出285.8kJ熱量，所以氫氣的燃燒熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：H₂（g）+

1

2

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

1

2

O₂（g）=H₂O（1）△H=-285.8kJ/mol；
（2）①氫氧燃料電池正極上氧氣的電子發(fā)生還原反應(yīng)生成OH^-，電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂0+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂0+4e^-=4OH^-；
②某一銅電極的質(zhì)量減輕3.2g物質(zhì)的量為0.05mol，電極反應(yīng)為陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，Cu-2e^-=Cu²⁺；則a極上是原電池的正極反應(yīng)為：O₂+2H₂0+4e^-=4OH^-，依據(jù)電子守恒得到：O₂～2Cu，消耗的O₂物質(zhì)的量為0.025mol，在標準狀況下的體積=0.025mol×22.4L/mol=0.56L，故答案為：O₂+2H₂0+4e^-=4OH^-；0.56；
（3）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol；反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體體積減小，
①依據(jù)反應(yīng)速率與時間的關(guān)系圖象分析，t₁時正逆反應(yīng)速率都增大，平衡正向移動，引起平衡移動的條件可能是增大壓強；表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段時間是t₂-t₃；若t₀-t₁，t₁-t₃，t₃-t₅這三段平衡常數(shù)分別用K₁，K₂，K₃表示，平衡常數(shù)隨溫度變化，升高溫度平衡左移，平衡常數(shù)減小，那么K₁，K₂，K₃的大小關(guān)系是：K₁=K₂＞K₃
②若在恒溫、恒壓條件下向平衡體系中通入氬氣，為保持恒壓，體積增大，平衡向逆向進行；催化劑改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，反應(yīng)焓變不變；
溫度為T℃時，將2a mol H₂和 a mol N₂放入0.5L密閉容器中，充分反應(yīng)后測得N₂的轉(zhuǎn)化率為50%．則反應(yīng)的平衡常數(shù)可以列出三段式計算平衡濃度，依據(jù)平衡常數(shù)概念計算：
     N₂（g）+3H₂（g）?2NH₂（g）
開始  2amol/L  4amol/L  0
反應(yīng)  amol/L   3amol/L  2amol/L
平衡  amol/L   amol/L   2amol/L
所以化學(xué)平衡常數(shù)K=

(2amol/L)2

(amol/L)?(amol/L)3

=

4

a2

（mol/L）^-2；
故答案為：

4

a2

（mol/L）^-2．

點評：本題考查了燃料電池的原理應(yīng)用，熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，圖象分析，化學(xué)平衡三段式計算等知識點，易錯題是（1）題，注意寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式要注明各物質(zhì)的狀態(tài)，燃燒熱的熱化學(xué)反應(yīng)方程式中燃料的計量數(shù)為1，然后根據(jù)原子守恒配平其它各物質(zhì)即可．