Question

18．氫氣和氨氣都屬于無碳清潔能源．
（1）某些合金可用于儲存氫，金屬儲氫的原理可表示為：M（s）+xH₂═MH_2x（s）△H＜0  （M表示某種合金）如圖1表示溫度分別為T₁、T₂時，最大吸氫量與氫氣壓強的關系．則下列說法中，正確的是b．
a．T₁＞T₂
b．增大氫氣壓強，加快氫氣的吸收速率
c．增大M的量，上述平衡向右移動
d．在恒溫、恒容容器中，達平衡后充入H₂，再次平衡后的壓強增大
（2）以熔融碳酸鹽為電解質，稀土金屬材料為電極組成氫氧燃料電池（如圖2裝置甲所示），其中負極通入H₂，正極通入O₂和CO₂的混合氣體．圖2乙裝置中a、b為石墨電極，電解過程中，b極質量增加．
①工作過程中，甲裝置中d電極上的電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．
②若用該裝置電解精煉銅，則b極接精銅（填“粗銅”或“精銅”）；若用該裝置給鐵制品上鍍銅，則a（填“a”或“b”）極可用惰性電極（如Pt電極），若電鍍量較大，需要經常補充或更換的是CuSO₄溶液．
（3）氨在氧氣中燃燒，生成水和一種空氣組成成分的單質．
已知：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1  2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H=-572KJ•mo1^-1試寫出氨氣在氧氣中燃燒生成液態水的熱化學方程式4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2 kJ•mol^-1．
（4）在一定條件下，將lmol N₂和3mol H₂混臺于一個10L的密閉容器中發生反應：
N₂（g）+3H₂（g）$?_{加熱，加壓}^{催化劑}$2NH₃（g）5min后達到平衡，平衡時氮氣的轉化率為α．
①該反應的平衡常數K=$\frac{400{a}^{2}}{27（1-a）^{4}}$，（用含α的代數式表示）
②從反應開始到平衡時N₂的消耗速率v（N₂）=0.02αmo1•L^-1•min^-1．（用含α的代數式表示）

Answer 1

分析 （1）在壓強相同的條件下，T₁對應的吸氫量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移動，而正反應是放熱反應，平衡常數是溫度的函數，溫度不變平衡常數不變，結合表達式分析求解；
（2）①b極質量增加，則b是陰極，所以a是陽極，c是負極、d是正極，通入氫氣的電極是負極，所以A是氫氣、B是氧氣和二氧化碳，d電極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子；
②若用該裝置電解精煉銅，b是陰極，陰極上發生還原反應得到純銅；如果是電鍍池，鐵是陰極，所以陽極為鉑；若電鍍量較大，需要經常補充或更換的是電解質溶液；
（3）根據蓋斯定律①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1，根據蓋斯定律，由②×3-①×2來解答；
（4）①根據化學平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$來計算；②根據v=$\frac{△c}{△t}$計算．

解答 解：（1）在壓強相同的條件下，T₁對應的吸氫量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移動，而正反應是放熱反應，所以T₂→T₁，是降溫，所以T₂＞T₁，
a．T₁＜T₂，故a錯誤；
b．增大氫氣壓強，反應速率加快，氫氣的吸收速率加快，故b正確；
c．M為固體，增大M的量，濃度不變，上述平衡不移動，故c錯誤；
d．在恒溫、恒容容器中，達平衡后充入H₂，K=c^x（H₂），而平衡常數是溫度的函數，溫度不變，濃度不變，而體積不變，所以物質的量不變，壓強不變，故d錯誤；
故答案為：b；
（2）①b極質量增加，則b是陰極，所以a是陽極，c是負極、d是正極，通入氫氣的電極是負極，所以A是氫氣、B是氧氣和二氧化碳，d電極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，
故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
②若用該裝置電解精煉銅，b是陰極，陰極上發生還原反應得到純銅；如果是電鍍池，鐵是陰極，所以陽極為鉑；若電鍍量較大，需要經常補充或更換的是CuSO₄溶液，故答案為：精銅；a；CuSO₄溶液；
（3）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，由②×3-①×2得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2 kJ•mol^-1
故答案為：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2 kJ•mol^-1；
（4）N₂ +3H₂?2NH₃，
開始（mol）：1       3         0       
變化（mol）：α      3α        2α
平衡（mol）：1-α     3-3α      2α
①該反應的平衡常數K=$\frac{（\frac{2a}{10}）^{2}}{\frac{1-a}{10}×（\frac{3-3a}{10}）^{3}}$=$\frac{400{a}^{2}}{27（1-a）^{4}}$，故答案為：$\frac{400{a}^{2}}{27（1-a）^{4}}$；
②從反應開始到平衡時N₂的消耗速率v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{a}{10}}{5min}$=0.02αmo1•L^-1•min^-1，故答案為：0.02α．

點評 本題是道綜合題，三段式法對化學反應進行計算，注意化學平衡常數、轉化率等知識的運用，難度不大，涉及知識點較多，注意對應知識的積累．