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)用氫氧燃料電池進(jìn)行如圖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如圖1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(biāo)準(zhǔn)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)的熱化學(xué)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(dá)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．圖中t₁時引起平衡移動的條件可能是

增大壓強(qiáng)

．其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段時間是

t₂-t₃

．
②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

．

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依據(jù)電子守恒建立關(guān)系式進(jìn)行計算；
（3）根據(jù)圖象分析影響平衡的因素；
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．

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，所以消耗的O₂物質(zhì)的量為0.025mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積=0.025mol×22.4L/mol=0.56L，故答案為：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(qiáng)；t₁-t₂平衡正向移動，t₃-t₄平衡逆向移動，t₅-t₆平衡不移動，所以表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段時間是t₂-t₃，故答案為：增大壓強(qiáng)；t₂-t₃；
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(jìn)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（mol/L）  2a        4a        0
反應(yīng)（mol/L）  a         3a       2a  
平衡（mol/L）  a         a        2a
所以化學(xué)平衡常數(shù)K=

(2a)2

a×a3

=

4

a2

，故答案為：

4

a2

．

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．