Question

8．（1）已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol
H₂（g）═H₂（l），△H=-0.92kJ/mol
O₂（g）═O₂（l），△H=-6.84kJ/mol
请写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式H₂（l）+$\frac{1}{2}$O₂（l）=H₂O（g）△H=-237.46KJ/mol
（2）氢气、氧气不仅燃烧时能释放热能，二者形成的原电池还能提供电能，美国的探月飞船“阿波罗号”使用的就是氢氧燃料电池，电解液为KOH溶液，正极发生的电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
（3）一定温度下，在2L密闭容器中NO₂和O₂可发生下列反应：
4NO₂（g）+O₂（g）?2N₂O₅（g）
已知体系中n（NO₂）随时间变化如表：

t（s）	0	500	1000	1500
n（NO2）（ml）	20	13.96	10.08	10.08

①写出该反应的平衡常数表达式：K=$\frac{{C}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{C}^{4}（N{O}_{2}）×C（{O}_{2}）}$，已知：K_300℃＞K_350℃，则该反应是放热反应
②达到平衡后，NO₂的转化率为49.6%，此时若再通入量氮气，则NO₂的转化率将不变（填“增大”、“减小”、“不变”）；
③右图中表示N₂O₅的浓度的变化曲线是c；
用O₂表示从0～500s内该反应的平均速率v=1.51×10^-3mol/（L•s）．

Answer 1

分析 （1）根据已知方程式构建目标方程式结合盖斯定律进行计算；
（2）燃料电池的负极是燃料失电子的氧化反应，正极上是氧气得电子的还原反应，总反应为燃烧反应，在碱性环境中氧气得电子生成氢氧根离子；
（3）①根据平衡常数表达式的书写来解答；根据升高温度平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，再根据温度对化学平衡的影响；
②根据表格可知1000S时反应达到平衡，根据转化率的公式求解；根据再通入一定量氮气，没有引起体系中4NO₂（g）+O₂ （g）?2N₂O₅（g）各物质浓度的变化；
③根据反应物的浓度在减少，生成物的浓度再增加，以及利用系数之比等于化学反应速率之比来求解；根据化学反应速率V=$\frac{△c}{△t}$，利用表格数据来求NO₂的速率，然后利用系数之比等于化学反应速率之比来求O₂的速率．

解答 解：（1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol
②H₂（g）═H₂（l），△H=-0.92kJ/mol
③O₂（g）═O₂（l），△H=-6.84kJ/mol
由①-②-③×$\frac{1}{2}$得：H₂（l）+$\frac{1}{2}$O₂（l）=H₂O（g）△H=（-241.8kJ/mol）-（-0.92kJ/mol）-（-6.84kJ/mol）×$\frac{1}{2}$=-237.46KJ/mol，
故答案为：H₂（l）+$\frac{1}{2}$O₂（l）=H₂O（g）△H=-237.46KJ/mol；
（2）氢氧燃料电池中，H₂在反应中被氧化，应从负极通入，又因为是KOH溶液，不可能生成H⁺，负极反应为2H₂+4OH^-=4H₂O+4e^-，正极反应为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，总反应为2H₂+O₂=2H₂O，
故答案为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（3）①化学平衡常数等于生成物的浓度系数次方之积除以反应物的浓度系数次方之积，所以K=$\frac{{C}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{C}^{4}（N{O}_{2}）×C（{O}_{2}）}$；升高温度平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，而升高温度平衡向吸热的方向移动，所以逆反应吸热，则正反应放热，
故答案为：$\frac{{C}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{C}^{4}（N{O}_{2}）×C（{O}_{2}）}$；放；
②根据表格可知1000S时反应达到平衡，已反应的NO₂为：20mol-10.08mol=9.92mol，NO₂的转化率为$\frac{9.92mol}{20mol}$×100%=49.6%；再通入一定量氮气，没有引起体系中4NO₂（g）+O₂ （g）?2N₂O₅（g）各物质浓度的变化，所以平衡不移动，转化率不变，
故答案为：49.6%；不变；
③因反应物的浓度在减少，生成物的浓度再增加，根据方程式可知O₂是NO₂的反应速率的$\frac{1}{4}$，N₂O₅和NO₂的反应速率的$\frac{1}{2}$，则a为NO₂的变化曲线；c为N₂O₅的变化曲线，d为氧气的变化曲线，0～500s内反应的平均速率v（NO₂）=$\frac{\frac{20mol-13.96mol}{2L}}{500S}$=6.04×10^-3mol/（L•s），v（O₂）=v（NO₂）×$\frac{1}{4}$=1.51×10^-3mol/（L•s），
故答案为：c；1.51×10^-3mol/（L•s）．

点评 本题考查了热化学方程式、氢氧燃料电池、化学平衡常数、化学平衡移动、化学反应速率的计算等，题目较为综合，题目难度中等，注意盖斯定律的熟练应用以及化学平衡的有关计算，为高频考点．