Question

7．矿物燃料在使用的过程中会产生大量污染性物质，如SO₂和CO₂，而H₂和NH₃都被认为是理想的清洁能源．

（1）某些合金可用于储存氢，金属储氢的原理可表示为：M（s）+xH₂═MH_2x（s）△H＜0  （M表示某种合金）如图1表示温度分别为T₁、T₂时，最大吸氢量与氢气压强的关系．则下列说法中，正确的是bd；
a．T₁＞T₂                         b．增大氢气压强，加快氢气的吸收速率
c．增大M的量，上述平衡向右移动     d．上述反应可实现多次储存和释放氢气
（2）以熔融碳酸盐为电解质，稀土金属材料为电极组成氢氧燃料电池（如图2装置甲所示），其中负极通入H₂，正极通入O₂和CO₂的混合气体．图2乙装置中a、b为石墨电极，电解一段时间后，b电极附近滴入酚酞溶液变红，NaCl溶液的体积为100mL．
①工作过程中，甲装置中d电极上的电极反应式是O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-；乙装置中电极a为阳极（填电极名称）．
②若在a极产生112mL（标准状况）气体，25℃时乙装置中所得溶液pH=13．（忽略电解前后溶液的体积变化）
（3）氨在氧气中燃烧，生成水和一种空气组成成分的单质．
已知：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1   2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H=-572KJ•mo1^-1试写出氨气在氧气中燃烧生成液态水的热化学方程式4NH₃（g）+3O2（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2KJ/mol；
（4）在一定条件下，将lmolN₂和3molH₂混台于一个10L的密闭容器中发生反应：N₂（g）+3H₂（g）?高温高压催化剂2NH₃（g）△H＜0 已知5分钟后达到平衡，平衡时氨气的体积分数为25%．
①该反应的平衡常数表达式为：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是a
a、容器中压强不变   b、混合气体的密度不变  c、3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃） d、c（N₂）：c（H₂）：c（NH₃）=1：3：2
③对于上述平衡状态，改变下列条件能使反应速率增大，且平衡向正向移动的d
a、选用更高效的催化剂    b、升高温度   c、及时分离出氨气  d、增加H₂的浓度   e、充入He，使体系总压强增大．

Answer 1

分析 （1）在压强相同的条件下，T₁对应的吸氢量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移动，而正反应是放热反应，平衡常数是温度的函数，温度不变平衡常数不变，结合表达式分析求解；
（2）以熔融碳酸盐为电解质，稀土金属材料为电极组成氢氧燃料电池（如图2装置甲所示），其中负极通入H₂，正极通入O₂和CO₂的混合气体，
图2乙装置中a、b为石墨电极，电解一段时间后，b电极附近滴入酚酞溶液变红，说明溶液中氢离子得到电子发生还原反应，则b电极为电解池阴极，a为电解池阳极，和b电极相连的电极c电极为负极，与a电极相连的d电极为原电池负极，A端通入氢气，B端通入O₂和CO₂的混合气体，
①甲装置中d电极为阳极，电极上的电极反应式是氧气得到电子在熔融盐中和二氧化碳反应生成碳酸根离子；
②依据电极反应和电子守恒计算，a极为电解池阳极，产生112mL（标准状况）气体为氢气物质的量=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，电子转移0.01mol，消耗氢离子物质的量0.01mol，溶液中生成氢氧根离子物质的量为0.01mol，计算氢氧根离子浓度得到溶液PH；
（3）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到，氨气在氧气中燃烧生成液态水的热化学方程式；
（4）①平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积；
②根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态．
③a、选用更高效的催化剂改变反应速率不改变化学平衡；    
b、反应是放热反应，升高温度反应速率增大，平衡逆向进行；   
c、及时分离出氨气平衡正向进行，反应速率减小；  
d、增加H₂的浓度会增大反应速率，平衡正向进行；   
e、充入He，使体系总压强增大，气体分压不变，平衡不变；

解答 解：（1）在压强相同的条件下，T₁对应的吸氢量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移动，而正反应是放热反应，所以T₂→T₁，是降温，所以T₂＞T₁，
a．T₁＜T₂，故a错误；
b．增大氢气压强，反应速率加快，氢气的吸收速率加快，故b正确；
c．M为固体，增大M的量，浓度不变，上述平衡不移动，故c错误；
d．金属储氢的原理可表示为：M（s）+xH₂═MH_2x（s）△H＜0 平衡可以正向或逆向进行，反应可实现多次储存和释放氢气，故d正确；
故答案为：bd；
（2）以熔融碳酸盐为电解质，稀土金属材料为电极组成氢氧燃料电池（如图2装置甲所示），其中负极通入H₂，正极通入O₂和CO₂的混合气体，
图2乙装置中a、b为石墨电极，电解一段时间后，b电极附近滴入酚酞溶液变红，说明溶液中氢离子得到电子发生还原反应，则b电极为电解池阴极，a为电解池阳极，和b电极相连的电极c电极为负极，与a电极相连的d电极为原电池负极，A端通入氢气，B端通入O₂和CO₂的混合气体，
①甲装置中d电极为阳极，电极上的电极反应式是氧气得到电子在熔融盐中和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应为：O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-，
故答案为：O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-，阳极；
②依据电极反应和电子守恒计算，a极为电解池阳极，产生112mL（标准状况）气体为氢气物质的量=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，电极反应2H⁺+2e^-=H₂↑，消耗氢离子物质的量为0.01mol，溶液中生成氢氧根离子物质的量为0.01mol，溶液中氢氧根离子浓度c（OH^-）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{0.1}$=10^-13mol/L，溶液PH=13，
故答案为：13；
（3）①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1   
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H=-572KJ•mo1^-1，
阴极盖斯定律计算②×3-①×2写出氨气在氧气中燃烧生成液态水的热化学方程式为：4NH₃（g）+3O2（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2KJ/mol，
故答案为：4NH₃（g）+3O2（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2KJ/mol；
（4）①N₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃（g）△H＜0，反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②a．反应前后气体的化学计量数之和不相等，当达到平衡状态时，压强不变说明反应达到平衡状态，故a正确；
b．反应前后气体的质量不变，容器的体积不变，无论是否达到平衡状态，气体的密度都不变，不能作为判断是否达到平衡状态的依据，故b错误；
c.2v_正（H₂）=3v_逆（NH₃），说明正逆反应速率相等，达到平衡状态，但3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃）不能说明反应达到平衡状态，故c错误；
d．无论是否达到平衡状态，化学反应速率之比都等于化学计量数之比，故d错误；
故答案为：a；
③a、催化剂改变反应速率不改变化学平衡，反应速率增大，平衡不移动，故a错误；    
b、反应是放热反应，升高温度反应速率增大，平衡逆向进行，不符合，故b错误；   
c、及时分离出氨气，生成物浓度减小反应速率减小，平衡正向进行，不符合，故c错误；  
d、增加H₂的浓度会增大反应速率，平衡正向进行，故d正确；   
e、充入He，使体系总压强增大，气体分压不变，平衡不变，不符合，故e错误；
故选d；

点评 本题考查了图象的理解应用，主要是化学反应速率、化学平衡影响因素、平衡标志、原电池和电解池原理的分析应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．