题目内容

如图是氨氧燃料电池示意图，按照此图的提示，回答下列问题
(1)a电极作___极（填“正”“负”“阴”或“阳”），其电极反应式为__________________；
(2)反应一段时间后，电解质溶液的pH将____（填“增大”“减小”或“不变”）；
(3)已知N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △H=-92.4 kJ/mol，2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-483.6kJ/mol，试写出氨气完全燃烧生成气态水的热化学方程式：________________________；
(4)若用该燃料电池产生的电能在铁皮上镀锌（制白铁皮），某铁皮上现需要镀上 97.5 g锌，理论上至少需要消耗氨气_____________L（标准状况）。
(1)负；2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
(2)减小
(3)4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) △H=-1 266 kJ/mol
(4)22. 4
练习册系列答案
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实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择．化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求．如图是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

（1）该产业链中属于高中阶段常见的在低温下能自发进行的反应是：
N2+3H2?2NH3或NH3+HNO3═NH4NO3
N2+3H2?2NH3或NH3+HNO3═NH4NO3

（2）已知该产业链中某反应的平衡表达式为：
K=
c(H2)c(CO)
c(H2O)
它所对应的化学反应为：
C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）
C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）

（3）已知在一定温度下，
C（s）+CO2（g）?2CO（g）平衡常数K1；
CO（g）+H2O（g ）?H2（g）+CO2（g）平衡常数K2；
C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）  平衡常数K3；
则K1、K2、K3之间的关系是：
K3=K1×K2
K3=K1×K2
．
（4）煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题．已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，会发生如下反应：CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g），该反应平衡常数随温度的变化如下表所示：
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
该反应的正反应方向是
放热
放热
反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，CO的平衡转化率为：
75%
75%
．
（5）从图1看出氨催化氧化可以制硝酸，此过程中涉及氮氧化物，如NO、NO2、N2O4等．已知NO2和N2O4的结构式分别是和．实验测得N-N键键能为167kJ?mol-1，NO2中氮氧键的键能为466kJ?mol-1，N2O4中氮氧键的键能为438.5kJ?mol-1．请写出NO2转化为N2O4的热化学方程式
2NO2（g）?N2O4（g）△H=-57kJ?mol-1
2NO2（g）?N2O4（g）△H=-57kJ?mol-1
．对反应N2O4（g）?2NO2（g），在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图2所示．下列说法正确的是
D
D
．
A．A、C两点的反应速率：A＞C
B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
D．由状态B到状态A，可以用加热的方法
（6）0.2mol/L的NaOH与0.4mol/L的上述产业链中一产品化肥硝酸铵溶液等体积混合后，溶液中所有分子和离子（ 除水和氨分子外）等微粒从大到小的顺序是
c（NO3-）＞c（NH4+）＞c（Na+）＞c（NH3?H2O）＞c（OH-）＞c（H+）
c（NO3-）＞c（NH4+）＞c（Na+）＞c（NH3?H2O）＞c（OH-）＞c（H+）
．
（7）以上述产业链中甲醇为燃料制成燃料电池，请写出在氢氧化钾介质中该电池的负极反应式
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O
．
“神七”登天谱写了我国航天事业的新篇章．火箭升空需要高能燃料，经常是用肼（N2H4）作为燃料，N2O4做氧化剂．
（1）已知：N2（g）+2O2（g）═2NO2（g）△H=+67.7kJ?mol-1
N2H4（g）+O2（g）═N2（g）+2H2O（g）△H=-534.0kJ?mol-1
2NO2（g）═N2O4（g）△H=-52.7kJ?mol-1
请写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：
2N2H4（g）+N2O4（g）═3N2（g）+4H2O（g）△H=-1 083.0 kJ?mol-1
2N2H4（g）+N2O4（g）═3N2（g）+4H2O（g）△H=-1 083.0 kJ?mol-1
．
（2）工业上可用次氯酸钠与过量的氨反应制备肼，该反应的化学方程式为
NaClO+2NH3═N2H4+NaCl+H2O
NaClO+2NH3═N2H4+NaCl+H2O
．
（3）一定条件下，在2L密闭容器中起始时投入2mol NH3和4mol O2，发生反应：
4NH3（g）+5O2（g）?4NO（g）+6H2O（g）△H＜0，测得平衡时的数据如下表：
有关物质的物质的量/mol n（NO） n（H2O）
温度T1 1.6 2.4
温度T2 1.2 1.8
①在T1时，若经过10min反应达到平衡，则10min内反应的平均速率v（NH3）=
0.08 mol?L-1?min-1
0.08 mol?L-1?min-1
．
②T1和T2的大小关系是T1
＜
＜
T2（填“＞”“＜”或“=”）．
（4）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO2，还要求提供充足的O2．某种电化学装置可实现如下转化：2CO2═2CO+O2，CO可用作燃料．已知该装置的阳极反应为：4OH--4e-═O2↑+2H2O，则阴极反应为
2CO2+4e-+2H2O═2CO+4OH-（或CO2+2e-+H2O═CO+2OH-）
2CO2+4e-+2H2O═2CO+4OH-（或CO2+2e-+H2O═CO+2OH-）
．
有人提出，可以设计反应2CO═2C+O2（△H＞0）来消除CO的污染，请你判断该反应是否能自发进行并说明理由？答：
不能，因为该反应的△S＜0
不能，因为该反应的△S＜0
．
（5）某空间站能量转化系统的局部如图所示，其中的燃料电池采用KOH溶液作电解液．

如果某段时间内，氢氧储罐中共收集到33.6L气体（已折算成标准状况），则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量为
2
2
mol．
如图1是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：
（1）该产业链中合成氨的反应在较低温下能否自发进行？
可以
可以
．
（2）已知该产业链中某反应的平衡表达式为：K=
C(H2)C(CO)
C(H2O)
，它所对应的化学反应为：
C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）；
C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）；
．
（3）已知在一定温度下，各反应的平衡常数如下：
C（s）+CO2（g）?2CO（g），K1
CO（g）+H2O（g?H2（g）+CO2（g），K2
C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g），K3
则K1、K2、K3之间的关系是：
K3=K1×K2
K3=K1×K2
．
（4）煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题．已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，会发生如下反应：CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g），该反应平衡常数随温度的变化如下：
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
该反应的正反应方向是
放热
放热
反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，CO的平衡转化率为：
75%
75%
．
（5）从图中看出氨催化氧化可以制硝酸，此过程中涉及氮氧化物，如NO、NO2、N2O4等．已知NO2和N2O4的结构式分别是和．已知N-N键键能为167kJ?mol-1，NO2中氮氧键的键能为466kJ?mol-1，N2O4中氮氧键的键能为438.5kJ?mol-1．请写出NO2转化为N2O4的热化学方程式为
2NO2（g）?N2O4（g）△H=-57kJ?mol-1
2NO2（g）?N2O4（g）△H=-57kJ?mol-1
．对反应N2O4（g）?2NO2（g），在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图2所示．下列说法正确的是
D
D
．
A．A、C两点的反应速率：A＞C
B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
D．由状态B到状态A，可以用加热的方法
（6）以上述产业链中甲醇为燃料制成燃料电池，请写出在氢氧化钾介质中该电池的负极反应式
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O；
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O；
．
“神舟七号”成功登天标志着我国的航天事业进入了新的篇章．
（1）火箭升空需要高能燃料，通常用N2O4和N2H4作燃料，工业上利用N2和H2可以合成NH3，NH3又可以进一步制备联氨（N2H4）等．已知：
N2（g）+2O2（g）═2NO2（g）△H=+67.7kJ?mol-1
N2H4（g）+O2（g）═N2（g）+2H2O（g）△H=-534.0kJ?mol-1
NO2（g）?
12
N2O4（g）△H=-26.35kJ?mol-1
试写出气态联氨在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：
 
．
（2）某空间站局部能量转化系统如图所示，其中氢氧燃料电池采用KOH溶液为电解液，燃料电池放电时的负极反应式为
 
．如果某段时间内氢氧储罐中共收集到33.6L（已折算成标况）气体，则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量为
 
mol．
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（3）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离出CO2，还要求提供充足的O2．某种电化学装置可实现转化2CO2═2CO+O2，CO可用作燃料．已知该反应的阳极反应式为4OH--4e-═O2↑+2H2O，则阴极反应式为
 
．
有人提出，可以设计反应2CO═2C+O2（△H＞0）来消除CO的污染．请你判断上述反应是否能自发进行？
 
（填“是”或“否”），理由是
 
．

（16分）肼（N2H4）又称联氨，是一种可燃性液体，与氧气或氮氧化物反应均可生成氮气和水。氢气是一种清洁能源，液氢和肼均可用作火箭燃料。

Ⅰ 氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。

已知：（g）+ （g）=（g）+（g）      = +

         （g）+ （g）=（g）+（g）= +

（1）氢气作为新能源的优点                              。（答2点）

（2）以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。（g）与（g）反应生成（g）和（g）的热化学方程式为                            。

（3）HO的热分解也可得到H，高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图所示。图中A、B表示的物质依次是                、              。

Ⅱ（4）肼一空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%—30%的KOH溶液。该电池放电时，负极的电极反应式是                                           。

（5）下图是一个电化学装置示意图。用肼一空气燃料电池做此装置的电源。

①如果A是铂电极，B是石墨电极，C是硫酸—硫酸铵，阴极的电极反应式是                                        。

②利用该装置可制得少量过氧化氢：在阳极上SO42—被氧化成S2O82—（过二硫酸根离子），S2O82—与H2O反应生成H2O2，S2O82—+2H2O=2SO42—+H2O2+2H+。若要制取2molH2O2，该燃料电池理论上需消耗         molN2H4。

（6）由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。

①装置丙中溶液的P H                     。（填“变大”“变小”或“不变”）

②四种金属活泼性由弱到强的顺序是                 。

 

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