Question

化學在能源開發(fā)與利用中起著十分關鍵的作用．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．電池總反應式為：2H₂+O₂

點燃  .

2H₂O
D．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）上圖裝置中盛有100mL、0.1mol?L^-1AgNO₃溶液，當氫氧燃料電池中消耗氫氣112mL（標準狀況下）時，則此時上圖裝置中溶液的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=-92.20kJ?mol^-1．
（1）下列事實中，不能說明上述可逆反應已達到平衡的是______（填序號）
①單位時間內生成2n mol NH₃的同時生成3n mol H₂
②單位時間內生成n mol N-H的同時生成n mol N≡N
③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
④N₂、H₂、NH₃的體積分數不再改變
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2L的密閉容器中進行，測得如下數據：

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	0.20	N2	1.00	1.00

根據表中數據計算：
①反應進行到2小時時放出的熱量為______
②此條件下該反應的化學平衡常數K=______（保留兩位小數）
③反應達到平衡后，若往平衡體系中再加入N₂、H₂和NH₃各1.00mol，化學平衡將向______  方向移動（填“正反應”或“逆反應”、“不移動”）．

Answer 1

I．（1）A．燃料電池中通入燃料的電極是負極，所以a電極是負極，原電池放電時，電解質溶液中OH^-移向負極，故正確；
B．通入氧氣的電極是正極，正極上得電子發(fā)生還原反應，所以b電極的電極反應為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故正確；
C．該原電池反應不需要點燃，其電池總反應式為：2H₂+O₂=2H₂O，故錯誤；
D． 燃料電池放電時生成水，溶質的物質的量不變，但溶液的體積增大，所以電解質的物質的量濃度減小，則溶液的pH減小，故錯誤；
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）只需要不斷補充氧化劑和還原劑即可，故正確；
故選CD；
（2）當氫氧燃料電池中消耗氫氣112mL（標準狀況下）時轉移電子的物質的量=

0.112L

22.4L/mol

×2=0.01mol，
電解硝酸銀溶液的電池反應式為4AgNO₃+2H₂O=4Ag+4HNO₃+O₂↑，設硝酸的物質的量濃度為xmol/L，
4AgNO₃+2H₂O=4Ag+4HNO₃+O₂↑  轉移電子
               4mol        4mol
               0.1xmol     0.01mol
x=

0.01mol×4mol

4mol×0.1mol

=0.1，
所以硝酸的物質的量濃度是0.1mol/L，則溶液的pH=1，
故答案為：1；
II（1）該反應是一個反應前后氣體體積減小的放熱反應，
①當單位時間內生成2n mol NH₃的同時生成3n mol H₂時，說明反應v_正=v_逆，達到平衡狀態(tài)，故不選；
②當單位時間內生成6n mol N-H的同時生成n mol N≡N時該反應才達到平衡狀態(tài)，所以單位時間內生成n mol N-H的同時生成n mol N≡N時沒有達到平衡狀態(tài)，故選；
③無論反應是否達到平衡狀態(tài)，同一時間段內用N₂、H₂、NH₃的物質的量濃度變化表示的反應速率之比都為1：3：2，
所以不能判斷是否達到平衡狀態(tài)，故選；
④但反應達到平衡狀態(tài)時，各物質的物質的量不再變化則N₂、H₂、NH₃的體積分數不再改變，所以能說明達到平衡狀態(tài)，故不選；
⑤根據質量守恒，反應前后混合物的質量不變，各物質的物質的量不再變化，其平均相對分子質量就不再改變，所以能說明達到平衡狀態(tài)，故不選；
⑥但反應達到平衡狀態(tài)時，各物質的物質的量不變，所以混合氣體的總物質的量不再改變時說明達到平衡狀態(tài)，故不選；
故選②③；
（2）①2小時時參加反應的氫氣的物質的量=（4.50-3.60）mol=0.90mol，有3mol氫氣參加反應時放出92.2kJ能量，
當0.90mol氫氣參加反應時放出熱量=

92.2kJ×0.90mol

3mol

=27.66kJ，故答案為：27.66kJ；
②當反應進行到3小時時，生成氨氣1.00mol，則參加反應的氫氣的物質的量=

1.00mol

2

×3=1.50mol，n₄=4.5mol-1.5mol=3.00mol，n₃=1.50mol-

1.00mol

2

×1=1.00mol，3、4小時時各物質的物質的量不變，所以該反應在第三小時時已經達到平衡狀態(tài)，平衡時c（NH₃）=

1.00mol

2L

=0.5mol/L，c（H₂）=

3.00

2

mol/L=1.5mol/L，c（N₂）=

1.00

2

mol/L
=0.5 mol/L，K=

(0.5)2

0.5×(1.5)3

=

4

27

，故答案為：

4

27

；
③反應達到平衡后，若往平衡體系中再加入N₂、H₂和NH₃各1.00mol，c（NH₃）=1mol/L，c（H₂）=2mol/L，c（N₂）=1mol/L，
濃度商=

1×1

1×23

=

1

8

＜K，則平衡向正反應方向移動，故答案為：正反應．