Question

14．物质的化学变化乍看起来，好像十分复杂，难以把握，而实际上是有规律可循的．认识化学原理并将化学原理应用于实际正是化学的魅力所在．
I．在恒容密闭容器中通入X并发生反应：
2X（g）?Y（g），温度T₁、T₂下X的物质的量浓度c（x）随时间t变化的曲线如图1所示：
 ①该反应的化学平衡常数表达式为：$\frac{c（Y）}{{c}^{2}（X）}$

②M点的正反应速率v正＞（填“＞”、“=”或“＜”）N点的逆反应速率v逆；T₂下，在0～t₁时间内，v（Y）=^{$\frac{2（a-b）}{{t}_{1}}$mol•L-1•min-1} ；该反应进行到M点放出的热量＜（填“＞”、“=”或“＜”）进行到W点放出的热量．
③M点时再加入一定量的X，平衡后X的转化率增大（填“增大”、“减小”或“不变”）

II．0.1mol/LNaHCO₃溶液与0.1mol/L NaOH溶液等体积混合，所得溶液中离子浓度由大到小的顺序为：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
III．图2是某种燃料电池原理示意图．
（1）该燃料电池工作过程中，其正极反应式为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O
（2）若用此燃料电池作为电源向铁制品上镀上一层铜，则铁制品要连接在燃料电池的a极（图3）（填“a”或“b”）上．若用此燃料电池电解精炼银，应使粗银作电解池的阳极，使用AgNO₃和HNO₃的混合溶液作电解液，若阴极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为：2H⁺+NO₃^-+e^-=NO₂↑+H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．由图可知，温度为T₁先到达平衡，所以T₁＞T₂，温度越高，平衡时X的物质的量浓度越大，说明升高温度平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，
①平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
②温度高，反应速率快；结合v=$\frac{△c}{△t}$计算；该反应为放热反应，M点转化率小；
③M点时再加入一定量X，平衡正向移动；
II．0.1mol/LNaHCO₃溶液与0.1mol/L NaOH溶液等体积混合发生反应为：NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O，得到溶液为碳酸钠溶液，碳酸根离子分步水解溶液显碱性；
III．（1）该装置为氢氧燃料酸性电池，燃料电池中，通入燃料的电极为负极，通入氧化剂的电极为正极，原电池放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水；
（2）电镀时，镀层作阳极，镀件作阴极；电解精炼时，粗银作阳极，纯银作阴极，若阴极有少量红棕色气体生成，说明阴极上硝酸根离子得电子生成二氧化氮．

解答 解：Ⅰ．由图可知，温度为T₁先到达平衡，所以T₁＞T₂，温度越高，平衡时X的物质的量浓度越大，说明升高温度平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，
①2X（g）?Y（g），平衡常数K=$\frac{c（Y）}{{c}^{2}（X）}$，故答案为：$\frac{c（Y）}{{c}^{2}（X）}$；
②温度高，反应速率快，则M点的正反应速率＞N点的逆反应速率，T₂下，在0～t₁时间内，v（X）=$\frac{a-b}{{t}_{1}}$mol•L^-1•min^-1，由速率之比等于化学计量数之比可知v（Y）=$\frac{2（a-b）}{{t}_{1}}$mol•L^-1•min^-1，由于正向是放热反应，低温利用平衡正向移动，则进行到M点X的转化率较低，所以反应进行到M点放出的热量少，该反应进行到M点放出的热量＜进行到W点放出的热量，
故答案为：＞；$\frac{2（a-b）}{{t}_{1}}$mol•L^-1•min^-1；＜；
③M点时再加入一定量X，平衡正向移动，该反应中反应物、生成物均只有一种，则平衡后X的转化率增大，
故答案为：增大；
II．0.1mol/LNaHCO₃溶液与0.1mol/L NaOH溶液等体积混合发生反应为：NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O，得到溶液为碳酸钠溶液，碳酸根离子分步水解溶液显碱性，溶液中离子浓度大小为：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
III．（1）该装置为氢氧燃料酸性电池，燃料电池中，通入燃料的电极为负极，通入氧化剂的电极为正极，原电池放电时，电解质溶液中氢离子向正极b移动，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（2）电镀时，镀层作阳极，镀件作阴极，所以铁上镀铜时，铁作阴极，连接原电池的负极a；电解精炼时，粗银作阳极，纯银作阴极，所以粗银作阳极，若阴极有少量红棕色气体生成，说明阴极上硝酸根离子得电子生成二氧化氮，电极反应式为：2H⁺+NO₃^-+e^-=NO₂↑+H₂O，
故答案为：a；阳；2H⁺+NO₃^-+e^-=NO₂↑+H₂O．

点评 本题考查了化学平衡的计算、图象理解应用、电解质溶液中离子浓度大小比较、盐类水解原理、原电池和电解池原理、物质的量的计算、电极反应式的书写，根据串联电路中转移电子相等计算空气的体积，注意书写电极反应式时要结合电解质溶液的酸碱性，把握温度的比较、平衡移动及速率计算为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意图象的应用，题目难度中等．