Question

(14 分)過氧化氫和臭氧都是常見的綠色氧化劑，在工業(yè)生產中有著重要的用途。

（1）據(jù)報道以硼氫化合物NaBH₄（B的化合價為+3價）和H₂O₂作原料的燃料電池，可用作通信衛(wèi)星電源。負極材料采用Pt/C，正極材料采用MnO₂，其工作原理如右圖所示。該電池放電時正極的電極反應式為：                      ；

以MnO₂做正極材料，可能是因為                。

（2）火箭發(fā)射常以液態(tài)肼（N₂H₄）為燃料，液態(tài)過氧化氫

為助燃劑。已知：

N₂H₄(g) + O₂(g) ＝ N₂(g) + 2H₂O(g) △H =" –" 534 kJ·mol^-1

H₂O₂(l) = H₂O(l) + 1/2O₂(g)  △H =" –" 98.64 kJ·mol^-1

H₂O(l) = H₂O(g)  △H=" +" 44kJ·mol^-1

則反應N₂H₄(g) + 2H₂O₂(l) = N₂(g) + 4H₂O(g) 的△H=         。

（3）O₃ 可由臭氧發(fā)生器（原理如右圖所示）電解稀硫酸制得。

②  圖中陰極為      （填“A”或“B”）。

②若C處通入O ₂，則A極的電極反應式為：      。

③若C處不通入O ₂ ，D、E處分別收集到15.68L和有6.72L氣體（標準狀況下），則E處收集的氣體中O₂和O₃的體積之比為           （忽略 O ₃ 的分解）。

（4）新型O₃氧化技術對燃煤煙氣中的NOx和SO₂脫除效果顯著，鍋爐煙氣中的NOx以上是以NO形式存在的，可發(fā)生反應NO(g）+ O₃ (g) NO₂(g)+ O₂ (g)。在一定條件下，將NO和O₃通入絕熱恒容密閉容器中發(fā)生上述反應 ，正反應速率隨時間變化的示意圖（如下圖）所示。由圖可得出的正確說法是             

a．反應在c點達到平衡狀態(tài)

b．反應物濃度：b點小于c點

c．該反應為放熱反應

d．Δt₁＝Δt₂時，NO的轉化量：a～b段小于b～c段

 

Answer 1

【答案】

(14分)

⑴H₂O₂ + 2e^—＝ 2OH^—；除了作電極材料，MnO₂還對電極反應具有催化作用

⑵－643.28kJ·mol^—1        

⑶① A       ② O₂＋4H^＋＋4e^－=2H₂O    ③2︰1             

⑷cd          （每空2分，共14分）

【解析】

試題分析：（1）原電池負極發(fā)生氧化反應，正極反應還原反應，由原電池工作原理圖1可知，電極a為負極，電極b為正極，H₂O₂在正極放電生成OH^-，電極反應式為H₂O₂+2e^-=2OH^-； MnO₂對電極反應具有催化作用。

故答案為：H₂O₂+2e^-=2OH^-；MnO₂對電極反應具有催化作用。

（2）已知：①N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534kJ?mol^-1

②H₂O₂（l）=H₂O（l）+1/2O₂（g）△H=-98.64kJ?mol^-1

③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ?mol^-1

由蓋斯定律，①+②×2+③×3得N₂H₄（g）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-534kJ?mol^-1+2×（-98.64kJ?mol^-1）+2×44kJ?mol^-1=-643.28kJ?mol^-1

故答案為：-643.28kJ?mol^-1。

（3）①由圖可知，B極生成O₂、O₃，B極反應氧化反應，電解池陽極發(fā)生氧化反應，故A為陰極。

故答案為：A。

②C處通入O₂，O₂發(fā)生還原反應，在酸性條件下生成水，電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

故答案為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O。

③若C處不通入O₂，實質為電解水，D處為氫氣，物質的量為11.2L/22.4(L/mol) =0.5mol，E處為氧氣、臭氧，物質的量共為4.48L/22.4(L/mol)=0.2mol，令臭氧的物質的量為xmol，根據(jù)電子轉移守恒有0.5mol×2=xmol×3×2+（0.2mol-xmol）×2×2，解得x=0.1，所以E處收集的氣體中O₃所占的體積分數(shù)為(0.1mol/0.2mol)×100%=50%。

故答案為：50%。

（4）該反應反應前后氣體的物質的量不變，容器體積不變，故體系壓強恒定．絕熱恒容密閉容器，體系溫度隨反應進行變化，隨反應進行反應物的濃度降低，由圖可知，c點以前正反應速率增大，說明正反應為放熱反應，c點以后反應正反應速率降低，應是濃度影響比溫度影響更大．圖為正反應速率隨時間變化，說明反應未到達平衡。

a．反應在c點前，溫度對速率影響大，c點以后濃度減小對速率影響大，C點未達到平衡狀態(tài)，故a錯誤；

b．反應為達平衡，b點在c點之前，濃度反應物濃度：b點大于c點，故b錯誤；

c．該反應為放熱反應，反應物的總能量高于生成物的總能量，故c正確；

d．a～b段反應速率小于b～c段反應速率，△t₁=△t₂時，b～c段反應的NO更多，故NO的轉化率：a～b段小于b～c段，故d正確。

故選：cd。

考點：原電池和電解池的工作原理 用蓋斯定律進行有關反應熱的計算 化學反應速率變化曲線及其應用

點評：考查原電池與電解池反應原理、反應熱的計算、氧化還原反應計算、化學平衡圖象、閱讀題目獲取信息的能力等，難度中等，需要學生具備運用信息與基礎知識分析問題、解決問題的能力。