Question

4．化石燃料的燃燒會產生大量污染大氣的二氧化硫和溫室氣體二氧化碳．而氫氣和氨氣都被認為是無碳無污染的清潔能源．
（一）“氫能”將是未來最理想的新能源．
（1）某些合金可用于儲存氫，金屬儲氫的原理可表示為：M+xH₂=MH_2x△H＜0  （M表示某種合金）
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cd
a、T₁＞T₂
b、增大M的量，上述平衡向右移動
c、增大氫氣壓強，加快氫氣的吸收速率  
 d、上述反應可實現多次儲存和釋放氫氣
（2）在25℃，101KPa條件下，1g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時放出142.9kJ熱量，則表示氫氣燃燒熱的熱化學方程式為H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol．
（3）工業(yè)上通常用生產水煤氣的方法制得氫氣．其中C_（s）+H₂O_（g）≒CO_（g）+H_2（g），在850℃時平衡常數K=1．若向1升的恒定密閉真空容器中同時加入x mol C和6.0mol H₂O．
①當加熱到850℃反應達到平衡的標志有AC．
A．容器內的壓強不變   B．消耗水蒸氣的物質的量與生成CO的物質的量相等
C．混合氣的密度不變   D．單位時間有n個H-O鍵斷裂的同時有n個H-H鍵斷裂
②x應滿足的條件是x＞2．
（二）CO₂是合成尿素的原料．現在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．乙裝置中a、b為石墨，電解一段時間后，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，甲裝置中d電極的電極反應式是O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-，乙裝置中   電極b為陰極（填電極名稱）．
（2）若在a極產生112mL（標準狀況）氣體，25℃時乙裝置中所得溶 液pH=13．（忽略電解前后溶液體積變化）
（三） 氨是制備尿素的原料，NH₃、N₂H₄等在工農業(yè)生產、航空   航天等領域有廣泛應用．
氨氣溶于水得到氨水，在25℃下，將a mol/L的氨水與b mol/L的硫酸以3：2體積比混合反應后溶液呈中性．用含a和b的代數式表示出氨水的電離平衡常數為$\frac{4b}{3a-4b}×1{0}^{-7}$．

Answer 1

分析 （一）（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）1g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時放出142.9kJ熱量，2g氫氣燃燒生成液態(tài)水放熱285.8KJ，燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，結合熱化學方程式書寫；
（3）①化學反應達到化學平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，且不等于0，各物質的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進行判斷，得出正確結論；
②設轉化的水為amol，根據平衡常數進行計算．
（二）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，電解一段時間后，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，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甲裝置中d電極為陽極，電極上的電極反應式是氧氣得到電子在熔融鹽中和二氧化碳反應生成碳酸根離子；
②依據電極反應和電子守恒計算，a極為電解池陽極，產生112mL（標準狀況）氣體為氫氣物質的量=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，電極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑，電子轉移0.01mol，消耗氫離子物質的量0.01mol，溶液中生成氫氧根離子物質的量為0.01mol，計算氫氧根離子濃度得到溶液pH；
（三）根據電荷守恒：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+2c（SO₄^2-），現已知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，據此分析．

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．M為固體，增大M的量，濃度不變，上述平衡不移動，故b錯誤；
c．增大氫氣壓強，反應速率加快，氫氣的吸收速率加快，故c正確；
d．金屬儲氫的原理可表示為：M（s）+xH₂═MH_2x（s）△H＜0 平衡可以正向或逆向進行，反應可實現多次儲存和釋放氫氣，故d正確；
故答案為：cd；
（2）1g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時放出142.9kJ熱量，2g氫氣燃燒生成液態(tài)水放熱285.8KJ，則氫氣燃燒熱的熱化學方程式為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；
故答案為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；
（3）①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
A．反應前后氣體的體積不等，故容器內的壓強不變可作為判斷是否達到化學平衡狀態(tài)的依據，故A正確；
B．消耗水蒸氣是正反應，生成CO也是正反應，故消耗水蒸氣的物質的量與生成CO的物質的量相等不能作為判斷是否達到平衡狀態(tài)的依據，故B錯誤；
C．密度=$\frac{總質量}{體積}$，總質量在變，體積不變，故混合氣的密度不變可作為判斷是否達到化學平衡狀態(tài)的依據，故C正確；
D．單位時間有n個H-O鍵斷裂是正反應，同時有n個H-H鍵斷裂是逆反應，但正逆反應速率不等，故單位時間有n個H-O鍵斷裂的同時有n個H-H鍵斷裂不能作為判斷是否達到平衡狀態(tài)的依據，故D錯誤，
故答案為：AC；
②C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
開始（mol）：6 0 0
轉化（mol）：a a a
平衡（mol）：6-a a a
K=$\frac{a×a}{6-a}$=1，a=2，故x應滿足的條件是：x＞2，
故答案為：x＞2；
（二）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，電解一段時間后，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，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電極為負極，與a電極相連的d電極為原電池負極，A端通入氫氣，B端通入O₂和CO₂的混合氣體，
①甲裝置中d電極為正極，電極上的電極反應式是氧氣得到電子在熔融鹽中和二氧化碳反應生成碳酸根離子，電極反應為：O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-，b為陰極．
故答案為：O₂+4e^-+CO₂=CO₃^2-，陰；
②依據電極反應和電子守恒計算，a極為電解池陽極，產生112mL（標準狀況）氣體為氫氣物質的量=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，電極反應2H⁺+2e^-=H₂↑，消耗氫離子物質的量為0.01mol，溶液中生成氫氧根離子物質的量為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；
（三）根據電荷守恒：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+2c（SO₄^2-），現已知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）=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{（\frac{4b}{5}）×1{0}^{-7}}{（\frac{3}{5}a-\frac{4}{5}b）}$=$\frac{4b}{3a-4b}×1{0}^{-7}$，故答案為：$\frac{4b}{3a-4b}×1{0}^{-7}$．

點評 本題考查了圖象的理解應用，主要是化學反應速率、化學平衡影響因素、平衡標志、原電池和電解池原理的分析應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．