Question

氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。

（1）氢气燃烧热值高。实验测得，在常温常压下，1 g H₂完全燃烧生成液态水，放出142.9 kJ热量。则H₂燃烧的热化学方程式为__________________________________。

（2）氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现氢氧燃料电池进行下图所示实验：①氢氧燃料电池中，正极的电极反应式为_____                             _。 

②如图装置中，某一铜电极的质量减轻3.2 g，则a极上消耗的O₂在标准状况下的体积为____________L

（3）氢气是合成氨的重要原料，合成氨反应的热化方程式如下：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)；ΔH＝－92.4 kJ/mol①当合成氨反应达到平衡后，改变某一外界条件(不改变N₂、H₂和NH₃的量)，

反应速率与时间的关系如下图所示。

图中t₁时引起平衡移动的条件可能是__________其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段时间是_____

②温度为T ℃时，将2 a mol H₂和a mol N₂放入0.5 L密闭容器中，充分反应

后测得N₂的转化率为50%。则反应的平衡常数为____________。

Answer

（1）2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)；ΔH＝－571.6 kJ/mol；

（2）①O2＋4e－＋2H2O＝4OH－；②0.56； （3）①增大压强；t2－t3；② 。

【解析】

试题分析：（1）在298K、101kPa时，1g即0.5molH2完全燃烧生成液态水，放出142.9kJ热量，则表示H2燃烧的热化学方程式为：2H2(g)+O2(g)═2H2O（l）△H=-571.6 kJ/mol；（2）氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现氢氧燃料电池进行下图所示实验：①在如图所示的氢氧燃料电池中，正极上氧气获得电子，由于溶液为碱性，所以氧气获得电子变为OH-，正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O＝4OH－；②根据如图装置可知与正极a连接的铜电极是阳极，发生氧化反应：Cu-2e-=Cu2+，质量减轻3.2 g，n(Cu)=3.2g÷64g/mol=0.05mol，则n(e-)=0.05mol×2=0.1mol，则a极上消耗的O2在标准状况下的体积为V(O2)= (0.1mol÷4) ×22.4L/mol=0.56L；①该反应的正反应是气体体积减小的放热反应。t1时刻，正逆速率都增大，正反应速率增大更多，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的放热反应，升高温度平衡逆向移动，应是增大压强；t2－t3时反应处于平衡状态，从t3时刻开始化学平衡逆向移动，氨气的含量降低，在t4时达到平衡状态，从t4—t6时反应处于平衡状态。氨的含量不变。故表示平衡混合物中NH3的含量最高的一段时间是t2－t3；②温度为T℃时，将2a mol H2和a mol N2放入0.5L密闭容器中，充分反应后测得N2的转化率为50%，氮气浓度变化量为(amol÷0.5L)×50%=amol/L，则：

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

起始浓度（mol/L）：2a 4a 0

变化浓度（mol/L）：a 3a 2a

平衡浓度（mol/L）：a a 2a

故平衡常数K=。

考点：考查热化学方程式的书写、原电池、电解池反应原理的应用及化学平衡的有关知识。