Question

【題目】氫氣是未來(lái)非常理想的能源，科學(xué)家最近研制出利用太陽(yáng)能產(chǎn)生激光，并在二氧化鈦(TiO2)表面作用使海水分解得到氫氣的新技術(shù)：2H2O2H2+O2。制得的氫氣可用于燃料電池、合成氨工業(yè)�；卮鹣铝袉�(wèn)題：

(1)分解海水時(shí)，________能轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>________能。生成的氫氣用于燃料電池時(shí)，________能轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>________能。

(2)某種氫氧燃料電池是用NaOH溶液作電解質(zhì)，正極的電極反應(yīng)式為________；若把燃料改為甲烷，負(fù)極的電極反應(yīng)式為________。

(3)氫氣可用于合成氨。一定溫度下，向2L 的密閉容器中加入1 molN2和 3molH2發(fā)生反應(yīng) N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，2min時(shí)測(cè)得N2的濃度為0.3mol/L，5min時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)測(cè)得壓強(qiáng)為開(kāi)始時(shí)的。則前2min用NH3表示的化學(xué)反應(yīng)速率為________；平衡時(shí)，N2的轉(zhuǎn)化率為________，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量為________。

Answer 1

【答案】太陽(yáng) 化學(xué) 化學(xué) 電能 O2+4e-+2H2O=4OH- CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 0.2mol/(L·min) 50% 11.3

【解析】

(1)根據(jù)圖可知，太陽(yáng)能產(chǎn)生的激光分解水生成氫氣和氧氣，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為光能、光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；生成的氫氣用于燃料電池，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；

(2)在氫氧燃料堿性電池中，正極上O2得電子和水反應(yīng)生成OH-，如果將甲烷作燃料，則負(fù)極上是甲烷失電子和OH-反應(yīng)生成CO32-離子和H2O；

(3)先根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的含義計(jì)算氮?dú)獾姆磻?yīng)速率，然后利用用不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率的關(guān)系計(jì)算用H2表示的反應(yīng)速率；氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率等于反應(yīng)轉(zhuǎn)化的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量占總物質(zhì)的量的百分比計(jì)算；根據(jù)在恒溫恒容條件下，氣體物質(zhì)的量之比等于其壓強(qiáng)之比，計(jì)算平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量，利用混合氣體總質(zhì)量除以氣體的總物質(zhì)的量得到混合氣體的平均摩爾質(zhì)量，再結(jié)合混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量在數(shù)值上等于其平均摩爾質(zhì)量，即得混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量。

(1)根據(jù)圖知，太陽(yáng)能產(chǎn)生的激光分解水生成氫氣和氧氣，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為光能、光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；生成的氫氣用于燃料電池，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，所以分解海水時(shí)，太陽(yáng)能能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。生成的氫氣用于燃料電池時(shí)，化學(xué)能能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?/span>

(2)在氫氧燃料堿性電池中，正極上O2得電子和溶液中的水反應(yīng)生成OH-，則正極的電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-；如果將CH4作燃料，則負(fù)極上CH4失電子和溶液中的OH-反應(yīng)生成CO32-和水，電極反應(yīng)式為 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；

(3)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)c(N2)==0.5mol/L，c(H2)==1.5mol/L，2min時(shí)測(cè)得N2的濃度為0.3mol/L，則前2min用N2表示的化學(xué)反應(yīng)速率v(N2)==0.1mol/(Lmin)；

前2min內(nèi)v(NH3)=2v(N2)=2×0.1 mol/(Lmin) =0.2 mol/(Lmin)；

在恒溫恒容條件下，氣體物質(zhì)的量之比等于其壓強(qiáng)之比，則平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為(1+3)mol×=3mol，根據(jù)方程式知，N2+3H22NH3可知：反應(yīng)前后減少的物質(zhì)的量相當(dāng)于參加反應(yīng)氮?dú)獾?/span>2倍，則參加反應(yīng)的n(N2)=mol=0.5mol，則氮?dú)廪D(zhuǎn)化率=×100%=×100%=50%；混合氣體總質(zhì)量=1mol×28g/mol+3mol×2g/mol=34g，混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量在數(shù)值上等于其平均摩爾質(zhì)量===11.3g/mol，所以平均相對(duì)分子質(zhì)量為11.3。