Question

【題目】（1）用甲烷—空氣堿性(KOH溶液)燃料電池作電源，電解CuCl2溶液。裝置如圖所示：

①a電極名稱(chēng)為_______。

②c電極的電極反應(yīng)式為_________________。

③假設(shè)CuCl2溶液足量，當(dāng)某電極上析出3.2 g 金屬Cu時(shí)，理論上燃料電池消耗的空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是_______L（空氣中O2體積分?jǐn)?shù)約為20%）。

（2）在一定條件下，恒溫恒容密閉容器中進(jìn)行可逆反應(yīng)：N2＋3H22NH3。

①試判斷下列情況能說(shuō)明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是________________(填字母序號(hào))。

a．單位時(shí)間內(nèi)生成n mol N2同時(shí)生成3n mol H2

b．H2的生成速率等于NH3的生成速率

c．一個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí)，有三個(gè)H—H鍵形成

d．容器中N2、H2、NH3的濃度之比為1∶3∶2

e．反應(yīng)物濃度等于生成物濃度

f．混合氣體的總物質(zhì)的量不變

②298 K時(shí)，若已知生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L NH3時(shí)放出熱量為4.62 kJ。寫(xiě)出合成氨反應(yīng)的熱化學(xué)方程式_____________________。在該溫度下，取1 mol N2和3 mol H2放在一密閉容器中，在催化劑存在時(shí)進(jìn)行反應(yīng)。測(cè)得反應(yīng)放出的熱量總小于92.4 kJ，其原因是_______________________。

（3）某課外活動(dòng)小組用下圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試回答：

①若開(kāi)始時(shí)K接M，則鐵極上的電極反應(yīng)式為______，石墨極上的電極反應(yīng)式為________。

②若開(kāi)始時(shí)K接N，則石墨極上的電極反應(yīng)式為______，電解的總化學(xué)方程式為_______。

（4）常溫下，將除去表面氧化膜的Al、Cu片插入濃HNO3中組成原電池(圖1)，測(cè)得原電池的電流強(qiáng)度(I)隨時(shí)間(t)的變化如圖2所示，反應(yīng)過(guò)程中有紅棕色氣體產(chǎn)生。

0～t1時(shí)，原電池的負(fù)極是Al片，此時(shí)，正極的電極反應(yīng)式是________，溶液中的H＋向_____極移動(dòng)。t1時(shí)，原電池中電子流動(dòng)方向發(fā)生改變，其原因是____________________________。

Answer 1

【答案】 負(fù)極 2Cl－－2e－＝Cl2↑ 2.8 cf N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 合成氨是一個(gè)可逆反應(yīng)，1 mol N2和3 mol H2放在一密閉容器中，在催化劑存在時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，N2和H2不能全部轉(zhuǎn)化為NH3 Fe－2e－＝Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 2Cl－－2e－＝Cl2↑ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 2H＋＋NO＋e－＝NO2↑＋H2O 正 隨著反應(yīng)進(jìn)行鋁表面鈍化形成氧化膜阻礙反應(yīng)進(jìn)行，銅作負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電流方向與原來(lái)相反

【解析】（1）①a電極通入甲烷，是負(fù)極。②c電極與電源的正極相連，作陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－＝Cl2↑。③3.2 g 金屬Cu是0.05mol，轉(zhuǎn)移0.1mol電子，根據(jù)電子得失守恒可知消耗氧氣是0.025mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是0.025mol×22.4L/mol＝0.56L，因此理論上燃料電池消耗的空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是0.56L÷0.2=2.8L。

（2）①a．單位時(shí)間內(nèi)生成n mol N2同時(shí)生成3n mol H2，均表示逆反應(yīng)速率，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，a錯(cuò)誤；b．H2的生成速率等于NH3的生成速率不滿(mǎn)足反應(yīng)速率之比是相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，b錯(cuò)誤；c．一個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí)，有三個(gè)H—H鍵形成表示正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡狀態(tài)，c正確；d．容器中N2、H2、NH3的濃度之比為1∶3∶2不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，因此不一定處于平衡狀態(tài)，d錯(cuò)誤；e．反應(yīng)物濃度等于生成物濃度不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，因此不一定處于平衡狀態(tài)，e錯(cuò)誤；f．正反應(yīng)是體積減小的，則混合氣體的總物質(zhì)的量不變說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，處于平衡狀態(tài)，f正確，答案選cf；②標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L NH3是0.1mol，則生成2mol氨氣放熱是92.4 kJ，所以合成氨反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。由于合成氨是一個(gè)可逆反應(yīng)，1 mol N2和3 mol H2放在一密閉容器中，在催化劑存在時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，N2和H2不能全部轉(zhuǎn)化為NH3，因此測(cè)得反應(yīng)放出的熱量總小于92.4 kJ；（3）①若開(kāi)始時(shí)K接M構(gòu)成原電池，鐵是負(fù)極，則鐵極上的電極反應(yīng)式為Fe－2e－＝Fe2＋，石墨極是正極，溶液中的氧氣得到電子，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－＝4OH－。②若開(kāi)始時(shí)K接N構(gòu)成電解池，石墨與電源正極相連，作陽(yáng)極，則石墨極上的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－＝Cl2↑，陰極是氫離子放電，則電解的總化學(xué)方程式為2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

（4）0～t1時(shí)，原電池的負(fù)極是Al片，此時(shí)正極是硝酸根得到電子，電極反應(yīng)式是2H＋＋NO3－＋e－＝NO2↑＋H2O；原電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，則溶液中的H＋向正極移動(dòng)。由于隨著反應(yīng)進(jìn)行鋁表面鈍化形成氧化膜阻礙反應(yīng)進(jìn)行，銅作負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電流方向與原來(lái)相反，因此原電池中電子流動(dòng)方向發(fā)生改變。