Question

化学在能源开发与利用中起到十分关键的作用．氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料．
Ⅰ（1）在298K、101kPa时，2g H₂完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ热量．则表示氢气燃烧热的热化学方程式为：

H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol

．
氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景．现用氢氧燃料电池进行下图饱和食盐水电解实验（图中所用电极均为惰性电极）．分析该装置、回答下列问题：
（2）氢氧燃料电池中，a电极为电池的是

负极

（填“正极”或“负极”），气体M的分子式

H₂

，a电极上发生的电极反应式为：

H₂+OH^--2e^-=2H₂O

．
（3）若右上图装置中盛有100mL5.0mol/LNaCl溶液，电解一段时间后须加入10.0mol/L盐酸溶液50mL（密度为1.02g/mL）才能使溶液恢复至原来状态．则在此电解过程中导线上转移的电子数为

4.14

mol．（保留小数点后2位）
Ⅱ氢气是合成氨的重要原料．工业上合成氨的反应是：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃ （g）△H=-92.2kJ?mol^-1
（4）下列事实中，不能说明上述可逆反应已经达到平衡的是

③④

．
①N₂、H₂、NH₃的体积分数不再改变；
②单位时间内生成2n mol NH₃的同时生成3n mol H₂；
③单位时间内生成3n mol N-H键的同时生成n mol N≡N；
④用N₂、H₂、NH₃的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为1：3：2；
⑤混合气体的平均摩尔质量不再改变；
⑥混合气体的总物质的量不再改变．
（5）已知合成氨反应在某温度下2.00L的密闭容器中反应，测得如下数据：

物质的量/（mol）/时间（h）	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

根据表中数据计算：
①反应进行到2小时时放出的热量为

27.7

kJ．
②0～1小时内N₂的平均反应速率

0.05

mol?L^-1?h^-1．
③此条件下该反应的化学平衡常数K═

0.15

（保留两位小数）．
④反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入N₂、H₂ 和NH₃各1mol，化学平衡向

正反应

方向移动（填“正反应”或“逆反应”或“不移动”．）

Answer 1

分析：（1）燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成温度氧化物时放出的热量以及物质的量与能量成正比；
（2）先根据电解池中阳离子的流动方向知：X为阳极，Y为阴极，和电源的负极相连的是阴极，和电源的正极相连的是阳极，则b为正极，a为负极，在氢氧燃料电池中，通入氢气的电极为负极，发生氧化反应，通入氧气的电极为正极，发生还原反应；
（3）利用电解一段时间后须加入10.0mol/L盐酸溶液50mL（密度为1.02g/mL）才能使溶液恢复至原来状态分析电解时两极发生的反应以及生成的产物来计算；
（4）达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、质量、物质的量、百分含量不变，对于反应前后气体的化学计量数之和不相等的反应来说，达到平衡时，压强也不变；
（5）①根据反应的热化学方程式、利用物质和能量的关系计算；
②先根据生成的氨气的物质的量求出反应的氮气的物质的量，再根据v（N₂）=

△c

△t

=

△n V

△t

求出；
③由表中数据可知4h时反应达到平衡，然后利用平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积；
④根据浓度熵与平衡常数的关系判断方向．

解答：解：（1）在298K、101kPa时，2g 即1molH₂完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ热量，则表示氢气燃烧热的热化学方程式为：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；
故答案为：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；
（2）先根据电解池中阳离子的流动方向知：X为阳极，Y为阴极，和电源的负极相连的是阴极，和电源的正极相连的是阳极，则b为正极，a为负极，在氢氧燃料电池中，通入氢气的电极为负极，发生氧化反应：H₂+OH^--2e^-=2H₂O，通入氧气的电极为正极，发生还原反应；
故答案为：负极，H₂，H₂+OH^--2e^-=2H₂O；
（3）其中刚开始电解产生的H₂和Cl₂的总量与盐酸中HCl的量相等，即n（H₂）=n（Cl₂）=

1

2

n（HCl）=

1

2

×10×0.05=0.25mol
后来电解产生的H₂和O₂的总量与盐酸中H₂O的量相等，
即n（H₂）=2n（O₂）=n（H₂O）=（50×1.02-0.5×36.5）/18=1.82mol
最后计算总的转移电子=n（H₂）总量×2=（0.25+1.82）×2=4.14mol
故答案为：4.14；
（4）该反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，
①反应达到平衡状态时，各物质的物质的量不再变化则N₂、H₂、NH₃的体积分数不再改变，所以能说明达到平衡状态，故不选；
②反应达到平衡状态时，单位时间内生成2n mol NH₃的同时生成3n mol H₂，即v_正=v_逆，所以能说明达到平衡状态，故不选；
③反应达到平衡状态时，单位时间内生成6n mol N-H键的同时生成n mol N≡N，即v_正=v_逆，而单位时间内生成3n mol N-H键的同时生成n mol N≡N，不能达到平衡状态，故选；
④用N₂、H₂、NH₃的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为1：3：2，在任何时候都成立，不能达到平衡状态，故选；
⑤根据质量守恒，反应前后混合物的质量不变，各物质的物质的量不再变化，其平均相对分子质量就不再改变，混合气体的平均摩尔质量不再改变；所以能说明达到平衡状态，故不选；
⑥反应达到平衡状态时，各物质的物质的量不变，所以混合气体的总物质的量不再改变时说明达到平衡状态，故不选；
故选；③④；
（5）①由N₂（g）+3H₂（g）

高温高压

催化剂

2NH₃（g）△H═-92.2kJ/mol，可知消耗1molN₂产生92.2kJ的热量，而反应进行到2h时消耗0.3mol的氮气．所以反应进行到2h时放出的热量为92.2kJ×0.3=27.7KJ，
故答案为：27.7；
②生成的氨气的物质的量为0.20mol，反应的氮气的物质的量为0.10mol，0～1h内N₂的平均反应速率v（N₂）=

△c

△t

=

△n V

△t

=（N₂）=

0.10mol 2.00L

1h

=0.05mol?L^-1．h^-1，
故答案为：0.05；
③由表中数据可知4h时反应达到平衡，反应：N₂（g）+3H₂（g）

高温高压

催化剂

2NH₃（g）的化学平衡常数K=

C2(NH3)

C(N2)C3(H2)

=

(0.5)2

0.5×(1.5)3

=0.15，
故答案为：0.15；
④反应达到平衡后，若维持容器体积不变，温度不变，往平衡体系中加入H₂、N₂和NH₃各1mol，则此时各物质的浓度为：N₂为0.5mol/L+0.5mol/L=1mol/L，H₂为1.5mol/L+0.5mol/L=2mol/L，NH₃为0.5mol/L+0.5mol/L=1mol/L，故浓度商Qc=

12

1×23

=

1

8

＜0.15，故反应向正反应进行，故答案为：正反应；

点评：本题考查电解原理、化学平衡知识，题目难度中等，注意把握化学平衡常数的意义以及热化学方程式的运用．