Question

17．化石燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量污染大氣的二氧化硫和溫室氣體二氧化碳．而氫氣和氮?dú)舛急徽J(rèn)為是無碳無污染的清潔能源．
I．“氫能”將是未來最理想的新能源．
（1）某些合金可川于儲(chǔ)存氫，金屬儲(chǔ)氫的原理可表示為：M+xH₂=MH_2x△H＜0 （M表示某種合金）
圖甲表示溫度分別為T₁、T₂時(shí)，最大吸氫量與氫氣壓強(qiáng)的關(guān)系．

則下列說法中，正確的是cd．
a．T₁＞T₂
b．增大M的量，上述平衡向右移動(dòng)
c．增大氫氣壓強(qiáng)，加快氫氣的吸收速率
d．金屬儲(chǔ)氫過程中M做還原劑，價(jià)態(tài)升高
（2）工業(yè)上通常用生產(chǎn)水煤氣的方法制得氫氣．其中C（g）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），在850℃時(shí)平衡常數(shù)K=1．若向1L的恒容密閉真空容器中同時(shí)加入xmolC和6．OmolH₂O．
①850℃時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，x應(yīng)滿足的條件是x＞2．
②對(duì)于上述平衡狀態(tài)，改變下列條件能使反應(yīng)速率增大，且平衡向正向移動(dòng)的是b．
a．選用更高效的催化劑          b．升高溫度 c．及時(shí)分離出氫氣               d．增加氫氣的濃度
II．CO₂是合成尿素的原料
現(xiàn)在以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，稀土金屬材料為電極組成氫氧燃料電池（如裝置乙所示），其中負(fù)極通入H₂，正極通入O₂和CO₂的混合氣體．乙裝置中a、b為石墨，電解一段時(shí)間后，b電極附近滴入酚酞溶液變紅，NaCl溶液的體積為100mL．
（1）工作過程中，乙裝置中d電極的電極反應(yīng)式是O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-，丙裝置中電極a為陽極（填電極名稱）．
（2）若在a極產(chǎn)生112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體，25℃時(shí)丙裝置中所得溶液pH=13（忽略電解前后溶液體積變化）
III．氨是制備尿素的原料，NH₃、N₂O₄等在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，航天航空等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用．
（1）氨在氧氣中燃燒，生成水和一種空氣組成成分的單質(zhì)．已知：N₂（g）+3H₂（g）?2MH₃（g）△H=-92.4kJ/mol及H₂的燃燒熱為286kJ/mol．試寫出氨在氧氣中燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2KJ/mol．
（2）氨氣溶于水得到氨水，在25℃下，將a mol•L^-1的氨水和b mol•L^-1的硫酸以3：2的體積比混合，反應(yīng)后溶液呈中性．用含a和b的代數(shù)式表示出NH₃H₂O的7電離平衡常數(shù)$\frac{4b}{3a-4b}$×10^-7．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）在壓強(qiáng)相同的條件下，T₁對(duì)應(yīng)的吸氫量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移動(dòng)，而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度不變平衡常數(shù)不變，結(jié)合表達(dá)式分析求解；
（2）①設(shè)轉(zhuǎn)化的水為amol，根據(jù)平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算；
②化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，結(jié)合影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素和影響化學(xué)平衡的影響因素，以此進(jìn)行判斷，得出正確結(jié)論；
Ⅱ．以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，稀土金屬材料為電極組成氫氧燃料電池（如圖乙所示），其中負(fù)極通入H₂，正極通入O₂和CO₂的混合氣體，
圖丙裝置中a、b為石墨電極，電解一段時(shí)間后，b電極附近滴入酚酞溶液變紅，說明溶液中氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，則b電極為電解池陰極，a為電解池陽極，和b電極相連的電極c電極為負(fù)極，與a電極相連的d電極為原電池正極，A端通入氫氣，B端通入O₂和CO₂的混合氣體，
（1）乙裝置中d電極為陽極，電極上的電極反應(yīng)式是氧氣得到電子在熔融鹽中和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子；
（2）依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算，a極為電解池陽極，產(chǎn)生112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體為氫氣物質(zhì)的量=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，電子轉(zhuǎn)移0.01mol，消耗氫離子物質(zhì)的量0.01mol，溶液中生成氫氧根離子物質(zhì)的量為0.01mol，計(jì)算氫氧根離子濃度得到溶液pH；
Ⅲ．（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到，氨氣在氧氣中燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)電荷守恒：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+2c（SO₄^2-），現(xiàn)已知c（H⁺）=c（OH^-），所以c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）；K_b（NH₃•H₂O）=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，c（OH^-）=10^-7mol•L^-1，c（NH₄⁺）=$\frac{4b}{5}$mol•L^-1，c（NH₃•H₂O）=（$\frac{3a}{5}$-$\frac{4b}{5}$）mol•L^-1，據(jù)此分析．

解答 解：Ⅰ．（1）在壓強(qiáng)相同的條件下，T₁對(duì)應(yīng)的吸氫量大，也就是T₂→T₁，平衡正向移動(dòng)，而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以T₂→T₁，是降溫，所以T₂＞T₁，
a．T₁＜T₂，故a錯(cuò)誤；
b．M為固體，增大M的量，濃度不變，上述平衡不移動(dòng)，故b錯(cuò)誤；
c．增大氫氣壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，氫氣的吸收速率加快，故c正確；
d．金屬儲(chǔ)氫的原理可表示為：M（s）+xH₂═MH_2x（s）△H＜0 平衡可以正向或逆向進(jìn)行，反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)多次儲(chǔ)存和釋放氫氣，金屬儲(chǔ)氫過程中M做還原劑，價(jià)態(tài)升高，故d正確；
故答案為：cd；
（2）①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
開始（mol）：6               0             0
轉(zhuǎn)化（mol）：a               a               a
平衡（mol）：6-a             a              a
K=$\frac{a×a}{6-a}$=1，a=2，故x應(yīng)滿足的條件是：x＞2，
故答案為：x＞2；
②C（g）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），改變下列條件能使反應(yīng)速率增大，且平衡向正向移動(dòng)的，
a．選用更高效的催化劑增大反應(yīng)速率，平衡不變，故a錯(cuò)誤；
b．反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，故b正確；
c．及時(shí)分離出氫氣平衡正向進(jìn)行，但反應(yīng)速率減小，故c錯(cuò)誤；
d．增加氫氣的濃度平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，故d錯(cuò)誤；
故答案為：b；
Ⅱ．以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，稀土金屬材料為電極組成氫氧燃料電池（如圖乙所示），其中負(fù)極通入H₂，正極通入O₂和CO₂的混合氣體，
圖丙裝置中a、b為石墨電極，電解一段時(shí)間后，b電極附近滴入酚酞溶液變紅，說明溶液中氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，則b電極為電解池陰極，a為電解池陽極，和b電極相連的電極c電極為負(fù)極，與a電極相連的d電極為原電池負(fù)極，A端通入氫氣，B端通入O₂和CO₂的混合氣體，
（1）乙裝置中d電極為正極，電極上的電極反應(yīng)式是氧氣得到電子在熔融鹽中和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)為：O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-，丙裝置中電極a為陽極，b為陰極．
故答案為：O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-，陽；
（2）依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算，a極為電解池陽極，產(chǎn)生112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體為氫氣物質(zhì)的量=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，電極反應(yīng)2H⁺+2e^-=H₂↑，消耗氫離子物質(zhì)的量為0.01mol，溶液中生成氫氧根離子物質(zhì)的量為0.01mol，溶液中氫氧根離子濃度c（OH^-）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{0.1}$=10^-13mol/L，溶液PH=13，
故答案為：13；
Ⅲ．（1）已知：N₂（g）+3H₂（g）?2MH₃（g）△H=-92.4kJ/mol及H₂的燃燒熱為286kJ/mol．
①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H=-572KJ•mo1^-1，
陰極蓋斯定律計(jì)算②×3-①×2寫出氨氣在氧氣中燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2KJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2KJ/mol；
（2）根據(jù)電荷守恒：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+2c（SO₄^2-），現(xiàn)已知c（H⁺）=c（OH^-），所以c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）；K_b（NH₃•H₂O）=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，c（OH^-）=10^-7mol•L^-1，c（NH₄⁺）=$\frac{4b}{5}$mol•L^-1，c（NH₃•H₂O）=（$\frac{3a}{5}$-$\frac{4b}{5}$）mol•L^-1，；K_b（NH₃•H₂O）=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$$\frac{\frac{4b}{5}×1{0}^{-7}}{\frac{3a}{5}-\frac{4b}{5}}$=$\frac{4b}{3a-4b}$×10^-7，
故答案為：$\frac{4b}{3a-4b}$×10^-7．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了圖象的理解應(yīng)用，主要是化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡影響因素、平衡標(biāo)志、原電池和電解池原理的分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．