Question

8．氫氣是一種新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料．
（1）氫氣燃燒熱值高．實(shí)驗(yàn)測(cè)得，在常溫常壓下，1g H₂完全燃燒生成液態(tài)水，放出142.9kJ熱量．則H₂燃燒的熱化學(xué)方程式為2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ/mol．
（2）氫氧燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高，具有廣闊的發(fā)展前景．現(xiàn)用氫氧燃料電池進(jìn)行示實(shí)驗(yàn)（電解質(zhì)溶液為KOH）：
①氫氧燃料電池中，正極的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-
 ②氫氧燃料電池中，負(fù)極的電極反應(yīng)式為2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O
（3）氫氣是合成氨的重要原料，合成氨反應(yīng)的熱化方程式如下：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol
①當(dāng)合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡后，改變某一外界條件（不改變N₂、H₂和NH₃的量），反應(yīng)速率與時(shí)間的關(guān)系如右圖所示．圖中t₁時(shí)引起平衡移動(dòng)的條件可能是增大壓強(qiáng)
②溫度為T℃時(shí)，將2a mol H₂和a mol N₂放入0.5L密閉容器中，充分反應(yīng)后測(cè)得N₂的轉(zhuǎn)化率為50%．則反應(yīng)的平衡常數(shù)為$\frac{4}{{a}^{2}}$．

Answer 1

分析 （1）發(fā)生反應(yīng)：2H₂+O₂=2H₂O，計(jì)算2mol氫氣反應(yīng)放出的熱量，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式；
（2）①正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成氫氧根離子；
②負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氣在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成水；
（3）①t₁時(shí)刻，正逆速率都增大，正反應(yīng)速率增大更多，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，應(yīng)是增大壓強(qiáng)；
②溫度為T℃時(shí)，將2a mol H₂和a mol N₂放入0.5L密閉容器中，充分反應(yīng)后測(cè)得N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，氮?dú)鉂舛茸兓�量為amol×50%÷0.5L=amol/L，則：
               N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始濃度（mol/L）：2a     4a        0
變化濃度（mol/L）：a      3a        2a
平衡濃度（mol/L）：a      a         2a
再根據(jù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)．

解答 解：（1）發(fā)生反應(yīng)：2H₂+O₂=2H₂O，2mol氫氣反應(yīng)放出的熱量為142.9kJ×$\frac{2mol×2g/mol}{1g}$=571.6kJ，反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ/mol，
故答案為：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ/mol；
（2）①正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成氫氧根離子，正極電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
②負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氣在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O，
故答案為：2H₂-4e^-+4OH^-=2H₂O；
（3）①t₁時(shí)刻，正逆速率都增大，正反應(yīng)速率增大更多，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，應(yīng)是增大壓強(qiáng)，
故答案為：增大壓強(qiáng)；
②溫度為T℃時(shí)，將2a mol H₂和a mol N₂放入0.5L密閉容器中，充分反應(yīng)后測(cè)得N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，氮?dú)鉂舛茸兓�量為amol×50%÷0.5L=amol/L，則：
              N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始濃度（mol/L）：2a    4a        0
變化濃度（mol/L）：a     3a        2a
平衡濃度（mol/L）：a     a         2a
故平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{（2a）^{2}}{a×{a}^{3}}$=$\frac{4}{{a}^{2}}$，
故答案為：$\frac{4}{{a}^{2}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡圖象、熱化學(xué)方程式書寫、原電池，難度不大，注意改變條件對(duì)反應(yīng)速率的影響，理解掌握正逆速率變化與平衡移動(dòng)關(guān)系．