Question

（1）据报道以硼氢化合物NaBH₄（H的化合价为-1价）和H₂O₂作原料的燃料电池，可用作通信卫星电源．负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO₂，其工作原理如图1所示．写出该电池放电时负极的电极反应式：

 

（2）火箭发射常以液态肼（N₂H₄）为燃料，液态过氧化氢为助燃剂．
已知：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-534kJ?mol^-1
H₂O₂（l）=H₂O（l）+

1

2

O₂（g）△H=-98.6kJ?mol^-1
写出常温下，N₂H₄（l） 与 H₂O₂（l）反应生成N₂和H₂O的热化学方程式

 

．
（3）O₃可由臭氧发生器（原理如右图2所示）电解稀硫酸制得．
①图中阴极为

 

（填“A”或“B”）．
②若C处通入O₂，则A极的电极反应式为：

 

（4）向一密闭容器中充入一定量一氧化碳跟水蒸气发生反应 CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），下列情况下能判断该反应一定达到平衡状态的是

 

（选填编号）．
A．v_正（H₂O）=v_逆（H₂）
B．容器中气体的压强不再发生改变
C．H₂O的体积分数不再改变
D．容器中CO₂和H₂的物质的量之比不再发生改变
E．容器中气体的密度不再发生改变
（5）温度T₁时，在一体积为2L的密闭容积中，加入0.4molCO₂和0.4mol的H₂，反应中c（H₂O）的变化情况如图3所示，T₁时反应CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）第4分钟达到平衡．在第5分钟时向体系中同时再充入0.1molCO和0.1molH₂（其他条件不变），请在右图中画出第5分钟到9分钟c（H₂O）浓度变化趋势的曲线．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理,热化学方程式,化学平衡建立的过程,化学平衡状态的判断,电解原理

专题：

分析：（1）原电池负极发生氧化反应，正极反应还原反应，由原电池工作原理图1可知，电极a为负极，电极b为正极，BH₄^-在负极放电生成BO₂^-；
（2）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，反应热也处于相应的系数进行相应的加减，构造目标热化学方程式，据此计算△H；
（3）①由图可知，B极生成O₂、O₃，B极反应氧化反应，电解池阳极发生氧化反应，故A为阴极；
②C处通入O₂，O₂发生还原反应，在酸性条件下生成水；
（4）化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断，得出正确结论；
（5）据图象分析，平衡时各物质浓度都是0.10mol/L，其平衡常数K=1，再加入0.1molCO和0.1molH₂时，比较K与Q的相对大小，即可判断5min后反应情况．

解答： 解：（1）原电池负极发生氧化反应，正极反应还原反应，由原电池工作原理图1可知，电极a为负极，电极b为正极，BH₄^-在负极放电生成BO₂^-，电极反应式为BH₄^--8e^-+8OH^-=BO₂^-+6H₂OMnO₂．
故答案为：BH₄^--8e^-+8OH^-=BO₂^-+6H₂O；
（2）已知：①N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-534kJ?mol^-1
②H₂O₂（l）=H₂O（l）+1/2O₂（g）△H=-98.64kJ?mol^-1
由盖斯定律，①+②×2得N₂H₄（g）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-534kJ?mol^-1+2×（-98.64kJ?mol^-1）=-731.2kJ?mol^-1
故答案为：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（l）△H=-731.2 kJ/mol；
（3）①由图可知，B极生成O₂、O₃，B极反应氧化反应，电解池阳极发生氧化反应，故A为阴极，故答案为：A；
②C处通入O₂，O₂发生还原反应，在酸性条件下生成水，电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（4）A．v_正（H₂O）=v_逆（H₂），正逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，故A正确；
B．容器中气体的压强不再发生改变，反应前后气体体积不变，压强始终不变，压强不变不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．H₂O的体积分数不再改变，说明各组分浓度不变，反应达到平衡状态，故C正确；
D．容器中CO₂和H₂的物质的量之比决定于反应前加入物质的多少，与是否平衡无关，故C错误；
E．容器中气体的密度不再发生改变，容器体积不变，气体质量不变，密度始终不变，密度不变不能说明反应达到平衡状态，故E错误；
故答案为：AC；
（5）据图象分析，平衡时各物质浓度都是0.10mol/L，其平衡常数K=1，再加入0.1molCO和0.1molH₂时，其浓度熵Q=

0.1mol/L×(0，1+0，05)mol/L

0.1mol/L×(0.1+0.05mol/L)

=1=K，平衡不移动，所以水蒸气浓度不再变化，图象为，故答案为：．

点评：本题考查原电池与电解池反应原理、反应热的计算、氧化还原反应计算、平衡状态判断、化学平衡图象、阅读题目获取信息的能力等，难度中等，需要学生具备运用信息与基础知识分析问题、解决问题的能力．