Question

化學(xué)在能源開發(fā)與利用中起著十分關(guān)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(zhuǎn)化率高，具有廣闊的發(fā)展前景．現(xiàn)用氫氧燃料電池進(jìn)行如圖實(shí)驗(yàn)（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(dá)不正確的是

CD

A．a(chǎn)電極是負(fù)極，OH^-移向負(fù)極
B．b電極的電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
C．電池總反應(yīng)式為：2H₂+O₂

點(diǎn)燃  .

2H₂O
D．電解質(zhì)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(nèi)的新型發(fā)電裝置
（2）上圖裝置中盛有100mL、0.1mol?L^-1AgNO₃溶液，當(dāng)氫氧燃料電池中消耗氫氣112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，則此時(shí)上圖裝置中溶液的pH=

1

  （溶液體積變化忽略不計(jì)）
II氫氣是合成氨的重要原料．工業(yè)上合成氨的反應(yīng)是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.20kJ?mol^-1．
（1）下列事實(shí)中，不能說明上述可逆反應(yīng)已達(dá)到平衡的是

②③

（填序號）
①單位時(shí)間內(nèi)生成2n mol NH₃的同時(shí)生成3n mol H₂
②單位時(shí)間內(nèi)生成n mol N-H的同時(shí)生成n mol N≡N
③用N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率之比為1：3：2
④N₂、H₂、NH₃的體積分?jǐn)?shù)不再改變
⑤混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變
⑥混合氣體的總物質(zhì)的量不再改變
（2）已知合成氨反應(yīng)在某溫度下2L的密閉容器中進(jìn)行，測得如下數(shù)據(jù)：

時(shí)間（h） 物質(zhì)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(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算：
①反應(yīng)進(jìn)行到2小時(shí)時(shí)放出的熱量為

27.66kJ

②此條件下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=

4

27

（保留兩位小數(shù)）
③反應(yīng)達(dá)到平衡后，若往平衡體系中再加入N₂、H₂和NH₃各1.00mol，化學(xué)平衡將向

正反應(yīng)

  方向移動（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”、“不移動”）．

Answer 1

分析：I．（1）氫氧燃料電池中，通入氫氣的電極是負(fù)極，通入氧氣的電極是正極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，原電池放電時(shí)溶液中陰離子向負(fù)極移動，氫氣和氧氣反應(yīng)生成水，導(dǎo)致溶液體積增大氫氧根離子濃度減小，pH發(fā)生變化，燃料電池不需要將氧化劑和還原劑儲藏在電池內(nèi)部；
（2）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒結(jié)合電解池反應(yīng)式計(jì)算生成硝酸的物質(zhì)的量濃度，再根據(jù)pH的計(jì)算公式計(jì)算；
II（1）達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、質(zhì)量、物質(zhì)的量、百分含量不變，對于反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和不相等的反應(yīng)來說，達(dá)到平衡時(shí)，壓強(qiáng)也不變；
（2）①根據(jù)氫氣和反應(yīng)熱之間的關(guān)系計(jì)算；
②先計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)公式計(jì)算；
③根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)的相對大小判斷，當(dāng)濃度商小于平衡常數(shù)，則平衡向正反應(yīng)方向移動，當(dāng)濃度商大于平衡常數(shù)則平衡向逆反應(yīng)方向移動，當(dāng)濃度商等于平衡常數(shù)則達(dá)到平衡狀態(tài)．

解答：解：I．（1）A．燃料電池中通入燃料的電極是負(fù)極，所以a電極是負(fù)極，原電池放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中OH^-移向負(fù)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(yīng)，所以b電極的電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故正確；
C．該原電池反應(yīng)不需要點(diǎn)燃，其電池總反應(yīng)式為：2H₂+O₂=2H₂O，故錯(cuò)誤；
D． 燃料電池放電時(shí)生成水，溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變，但溶液的體積增大，所以電解質(zhì)的物質(zhì)的量濃度減小，則溶液的pH減小，故錯(cuò)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(nèi)的新型發(fā)電裝置，（2）只需要不斷補(bǔ)充氧化劑和還原劑即可，故正確；
故選CD；
（2）當(dāng)氫氧燃料電池中消耗氫氣112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=

0.112L

22.4L/mol

×2=0.01mol，
電解硝酸銀溶液的電池反應(yīng)式為4AgNO₃+2H₂O=4Ag+4HNO₃+O₂↑，設(shè)硝酸的物質(zhì)的量濃度為xmol/L，
4AgNO₃+2H₂O=4Ag+4HNO₃+O₂↑  轉(zhuǎn)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(zhì)的量濃度是0.1mol/L，則溶液的pH=1，
故答案為：1；
II（1）該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
①當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)生成2n mol NH₃的同時(shí)生成3n mol H₂時(shí)，說明反應(yīng)v_正=v_逆，達(dá)到平衡狀態(tài)，故不選；
②當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)生成6n mol N-H的同時(shí)生成n mol N≡N時(shí)該反應(yīng)才達(dá)到平衡狀態(tài)，所以單位時(shí)間內(nèi)生成n mol N-H的同時(shí)生成n mol N≡N時(shí)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故選；
③無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，同一時(shí)間段內(nèi)用N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率之比都為1：3：2，
所以不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故選；
④但反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不再變化則N₂、H₂、NH₃的體積分?jǐn)?shù)不再改變，所以能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故不選；
⑤根據(jù)質(zhì)量守恒，反應(yīng)前后混合物的質(zhì)量不變，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不再變化，其平均相對分子質(zhì)量就不再改變，所以能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故不選；
⑥但反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，所以混合氣體的總物質(zhì)的量不再改變時(shí)說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故不選；
故選②③；
（2）①2小時(shí)時(shí)參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量=（4.50-3.60）mol=0.90mol，有3mol氫氣參加反應(yīng)時(shí)放出92.2kJ能量，
當(dāng)0.90mol氫氣參加反應(yīng)時(shí)放出熱量=

92.2kJ×0.90mol

3mol

=27.66kJ，故答案為：27.66kJ；
②當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到3小時(shí)時(shí)，生成氨氣1.00mol，則參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)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(shí)時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，所以該反應(yīng)在第三小時(shí)時(shí)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，平衡時(shí)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(yīng)達(dá)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(yīng)方向移動，故答案為：正反應(yīng)．

點(diǎn)評：本題考查原電池原理和化學(xué)平衡移動等知識點(diǎn)，明確化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷方法，知道有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，為高考的熱點(diǎn)，應(yīng)重點(diǎn)掌握．