Question

18．（1）鎳氫堿性充電電池被譽為“綠色化學(xué)電源”，充、放電時的反應(yīng)：2Ni（OH）₂$?_{放電}^{充電}$2NiOOH+H₂．放電時，正極的電極反應(yīng)式為NiOOH+e^-+H₂O=Ni（OH）₂+OH^-，充電時，該電極應(yīng)與電源的正（填“正”或“負(fù)”）極相連．
（2）氨在氧氣中燃燒，生成水和氮氣．已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）；△H=-572kJ•mol^-1
則氨在氧氣中燃燒生成液態(tài)水和氮氣時的熱化學(xué)方程式為：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；△H=-1531.2kJ•mol^-1．
（3）研究表明工業(yè)上合成氨反應(yīng)（N₂+3H₂$?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃）在25℃、400℃的平衡常數(shù)分別為5×10⁵和200．
①合成氨是放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
②合成氨選擇400～500℃的原因是：加快反應(yīng)速率，催化劑活性最大．
③在容積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，如表中為各物質(zhì)在不同時刻的濃度．

時間/min	c（N2）/mol•L-1	c（H2）/mol•L-1	c（NH3）/mol•L-1
0	0.6	1.8	0
5	0.48	X	0.24
10	0.26	0.78	0.68

0～5min，H₂的平均反應(yīng)速率=0.072mol/（L•min）．反應(yīng)在5分鐘時，條件發(fā)生了改變，改變的條件可能是a（填序號）．
a．使用催化劑  b．降低溫度  c．增加氫氣的濃度  d．分離出NH₃
（4）在-50℃時，液氨中存在電離平衡NH₃（l）?NH₄⁺+NH₂^-，離子積常數(shù)K=c（NH⁺₄）•c（NH₂^-）．若一定條件下，平衡時c（NH₂^-）=1×10^-15 mol•L^-1，下列說法正確的是b．
a．在液氨中加入NaNH₂，液氨的離子積常數(shù)增大b．此溫度下液氨的離子積常數(shù)為1×10^-30c．液氨在-50℃的電離程度比常溫下純水的大
（5）高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓，高鐵電池的總反應(yīng)為：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充電}^{放電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，下列敘述正確的是AB（填字母）．
A．放電時負(fù)極反應(yīng)為：Zn+2OH^--2e^-═Zn（OH）₂
B．充電時陽極反應(yīng)為：Fe（OH）₃+5OH^--3e^-═FeO₄^2-+4H₂O
C．放電時每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1mol K₂FeO₄被氧化．

Answer 1

分析 （1）放電時，該裝置是原電池，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，充電時，該電極應(yīng)與電源的正極相連；
（2）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行判斷；
（3）①升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)降低，反應(yīng)是放熱的，反之是吸熱的；
②溫度越高，反應(yīng)速率越快，再結(jié)合催化劑活性進(jìn)行分析；
③先計算氮氣的反應(yīng)速率，再根據(jù)氮氣和氫氣之間的關(guān)系計算氫氣的反應(yīng)速率；先計算5min時氫氣的濃度，根據(jù)氮氣、氫氣和氨氣濃度變化確定反應(yīng)條件；
（4）a．離子積常數(shù)只與溫度有關(guān)；
b．K=c（NH₄⁺）•c（NH₂^-）；
c．根據(jù)水的電離程度確定液氨的電離程度；
（5）A、放電時，負(fù)極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
B、充電時陽極反應(yīng)為：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
C、放電時正極轉(zhuǎn)化為：FeO₄^2-→Fe（OH）₃，1molK₂FeO₄被還原要得到3mol電子．

解答 解：（1）放電時，正極上NiOOH得電子和水反應(yīng)生成氫氧化鎳和氫氧根離子，電極反應(yīng)式為：NiOOH+e^-+H₂O=Ni（OH）₂+OH^-，充電時，該電極應(yīng)與電源的正極相連，
故答案為：NiOOH+e^-+H₂O=Ni（OH）₂+OH^-，正；
（2）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ•mol^-1①
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）；△H=-572kJ•mol^-1②
將方程式②×3-①×2得目標(biāo)方程式，4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；△H=-1531.2kJ•mol^-1，
故答案為：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；△H=-1531.2kJ•mol^-1；
（3）①升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
②溫度越高，反應(yīng)速率越大，且在400～500℃時催化劑活性最大，所以選擇400～500℃，
故答案為：加快反應(yīng)速率，催化劑活性最大；
③0～5min，N₂的平均反應(yīng)速率v（N₂）=$\frac{（0.6-0.48）mol/L}{5min}$=0.024mol/L．min，v（H₂）=3v（N₂）=0.072mol/Lmin，5-10min，氮氣濃度的改變量大于前5min的改變量，說明反應(yīng)速率增大，氮氣的濃度在逐漸降低而反應(yīng)速率在增大，那么改變的條件只能是加入催化劑，故選a，
故答案為：0.072mol/（L•min），a；
（4）a．離子積常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，離子積常數(shù)不變，故a錯誤；
b．此溫度下c（NH₄⁺）=c（NH₂^-）=1×10^-15mol•L^-1，K=1×10^-30（mol•L^-1）²，故b正確；
c．液氨在-50℃的電離程度比常溫下純水的小，故c錯誤；
故選b；
（5）A、放電時負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：Zn+2OH^--2e^-═Zn（OH）₂，故A正確；
B、充電時陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，故B正確；
C、放電時正極轉(zhuǎn)化為：FeO₄^2-→Fe（OH）₃，1mol K₂FeO₄被還原要得到3mol電子，故C錯誤；
故選AB．

點評 本題考查原電池原理、蓋斯定律、化學(xué)平衡等知識點，會運用知識遷移的方法解答（4），難度不大．