化學(xué)在能源開發(fā)與利用中起著十分關(guān)鍵的作用.氫氣是一種新型的綠色能源,又是一種重要的化工原料.
I.氫氧燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高,具有廣闊的發(fā)展前景.現(xiàn)用氫氧燃料電池進(jìn)行如圖實(shí)驗(yàn)(圖中所用電極均為惰性電極):
(1)對(duì)于氫氧燃料電池中,下列表達(dá)不正確的是
CD
CD

A.a(chǎn)電極是負(fù)極,OH-移向負(fù)極
B.b電極的電極反應(yīng)為:O2+2H2O+4e-=4OH-
C.電池總反應(yīng)式為:2H2+O2
 點(diǎn)燃 
.
 
2H2O
D.電解質(zhì)溶液的pH保持不變
E.氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲(chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置
(2)上圖裝置中盛有100mL、0.1mol?L-1AgNO3溶液,當(dāng)氫氧燃料電池中消耗氫氣112mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時(shí),則此時(shí)上圖裝置中溶液的pH=
1
1
  (溶液體積變化忽略不計(jì))
II氫氣是合成氨的重要原料.工業(yè)上合成氨的反應(yīng)是:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.20kJ?mol-1
(1)下列事實(shí)中,不能說明上述可逆反應(yīng)已達(dá)到平衡的是
②③
②③
(填序號(hào))
①單位時(shí)間內(nèi)生成2n mol NH3的同時(shí)生成3n mol H2
②單位時(shí)間內(nèi)生成n mol N-H的同時(shí)生成n mol N≡N
③用N2、H2、NH3的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率之比為1:3:2
④N2、H2、NH3的體積分?jǐn)?shù)不再改變
⑤混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變
⑥混合氣體的總物質(zhì)的量不再改變
(2)已知合成氨反應(yīng)在某溫度下2L的密閉容器中進(jìn)行,測(cè)得如下數(shù)據(jù):

時(shí)間(h)
物質(zhì)的量(mol)
0 1 2 3 4
N2 1.50 n1 1.20 n3 1.00
H2 4.50 4.20 3.60 n4 3.00
NH3 0 0.20 N2 1.00 1.00
根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算:
①反應(yīng)進(jìn)行到2小時(shí)時(shí)放出的熱量為
27.66kJ
27.66kJ

②此條件下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=
4
27
4
27
(保留兩位小數(shù))
③反應(yīng)達(dá)到平衡后,若往平衡體系中再加入N2、H2和NH3各1.00mol,化學(xué)平衡將向
正反應(yīng)
正反應(yīng)
  方向移動(dòng)(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”、“不移動(dòng)”).
分析:I.(1)氫氧燃料電池中,通入氫氣的電極是負(fù)極,通入氧氣的電極是正極,負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng),正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng),原電池放電時(shí)溶液中陰離子向負(fù)極移動(dòng),氫氣和氧氣反應(yīng)生成水,導(dǎo)致溶液體積增大氫氧根離子濃度減小,pH發(fā)生變化,燃料電池不需要將氧化劑和還原劑儲(chǔ)藏在電池內(nèi)部;
(2)根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒結(jié)合電解池反應(yīng)式計(jì)算生成硝酸的物質(zhì)的量濃度,再根據(jù)pH的計(jì)算公式計(jì)算;
II(1)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí),正逆反應(yīng)速率相等,各物質(zhì)的濃度、質(zhì)量、物質(zhì)的量、百分含量不變,對(duì)于反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和不相等的反應(yīng)來說,達(dá)到平衡時(shí),壓強(qiáng)也不變;
(2)①根據(jù)氫氣和反應(yīng)熱之間的關(guān)系計(jì)算;
②先計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度,再根據(jù)平衡常數(shù)公式計(jì)算;
③根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)的相對(duì)大小判斷,當(dāng)濃度商小于平衡常數(shù),則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),當(dāng)濃度商大于平衡常數(shù)則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),當(dāng)濃度商等于平衡常數(shù)則達(dá)到平衡狀態(tài).
解答:解:I.(1)A.燃料電池中通入燃料的電極是負(fù)極,所以a電極是負(fù)極,原電池放電時(shí),電解質(zhì)溶液中OH-移向負(fù)極,故正確;
B.通入氧氣的電極是正極,正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng),所以b電極的電極反應(yīng)為:O2+2H2O+4e-=4OH-,故正確;
C.該原電池反應(yīng)不需要點(diǎn)燃,其電池總反應(yīng)式為:2H2+O2=2H2O,故錯(cuò)誤;
D. 燃料電池放電時(shí)生成水,溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變,但溶液的體積增大,所以電解質(zhì)的物質(zhì)的量濃度減小,則溶液的pH減小,故錯(cuò)誤;
E.氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲(chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置,(2)只需要不斷補(bǔ)充氧化劑和還原劑即可,故正確;
故選CD;
(2)當(dāng)氫氧燃料電池中消耗氫氣112mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=
0.112L
22.4L/mol
×2=0.01mol
,
電解硝酸銀溶液的電池反應(yīng)式為4AgNO3+2H2O=4Ag+4HNO3+O2↑,設(shè)硝酸的物質(zhì)的量濃度為xmol/L,
4AgNO3+2H2O=4Ag+4HNO3+O2↑  轉(zhuǎn)移電子
               4mol        4mol
               0.1xmol     0.01mol
x=
0.01mol×4mol
4mol×0.1mol
=0.1,
所以硝酸的物質(zhì)的量濃度是0.1mol/L,則溶液的pH=1,
故答案為:1;
II(1)該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng),
①當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)生成2n mol NH3的同時(shí)生成3n mol H2時(shí),說明反應(yīng)v=v,達(dá)到平衡狀態(tài),故不選;
②當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)生成6n mol N-H的同時(shí)生成n mol N≡N時(shí)該反應(yīng)才達(dá)到平衡狀態(tài),所以單位時(shí)間內(nèi)生成n mol N-H的同時(shí)生成n mol N≡N時(shí)沒有達(dá)到平衡狀態(tài),故選;
③無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài),同一時(shí)間段內(nèi)用N2、H2、NH3的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率之比都為1:3:2,
所以不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài),故選;
④但反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),各物質(zhì)的物質(zhì)的量不再變化則N2、H2、NH3的體積分?jǐn)?shù)不再改變,所以能說明達(dá)到平衡狀態(tài),故不選;
⑤根據(jù)質(zhì)量守恒,反應(yīng)前后混合物的質(zhì)量不變,各物質(zhì)的物質(zhì)的量不再變化,其平均相對(duì)分子質(zhì)量就不再改變,所以能說明達(dá)到平衡狀態(tài),故不選;
⑥但反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變,所以混合氣體的總物質(zhì)的量不再改變時(shí)說明達(dá)到平衡狀態(tài),故不選;
故選②③;
(2)①2小時(shí)時(shí)參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量=(4.50-3.60)mol=0.90mol,有3mol氫氣參加反應(yīng)時(shí)放出92.2kJ能量,
當(dāng)0.90mol氫氣參加反應(yīng)時(shí)放出熱量=
92.2kJ×0.90mol
3mol
=27.66kJ,故答案為:27.66kJ;
②當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到3小時(shí)時(shí),生成氨氣1.00mol,則參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量=
1.00mol
2
×3
=1.50mol,n4=4.5mol-1.5mol=3.00mol,n3=1.50mol-
1.00mol
2
×1
=1.00mol,3、4小時(shí)時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變,所以該反應(yīng)在第三小時(shí)時(shí)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài),平衡時(shí)c(NH3)=
1.00mol
2L
=0.5mol/L,c(H2)=
3.00
2
mol/L
=1.5mol/L,c(N2)=
1.00
2
mol/L

=0.5 mol/L,K=
(0.5)2
0.5×(1.5)3
=
4
27
,故答案為:
4
27

③反應(yīng)達(dá)到平衡后,若往平衡體系中再加入N2、H2和NH3各1.00mol,c(NH3)=1mol/L,c(H2)=2mol/L,c(N2)=1mol/L,
濃度商=
1×1
23
=
1
8
<K,則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),故答案為:正反應(yīng).
點(diǎn)評(píng):本題考查原電池原理和化學(xué)平衡移動(dòng)等知識(shí)點(diǎn),明確化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷方法,知道有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算,為高考的熱點(diǎn),應(yīng)重點(diǎn)掌握.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:閱讀理解

化學(xué)在能源開發(fā)與利用中起到十分關(guān)鍵的作用.氫氣是一種新型的綠色能源,又是一種重要的化工原料.
Ⅰ(1)在298K、101kPa時(shí),2g H2完全燃燒生成液態(tài)水,放出285.8kJ熱量.則表示氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式為:
H2(g)+
1
2
O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol
H2(g)+
1
2
O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol

氫氧燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高,具有廣闊的發(fā)展前景.現(xiàn)用氫氧燃料電池進(jìn)行下圖飽和食鹽水電解實(shí)驗(yàn)(圖中所用電極均為惰性電極).分析該裝置、回答下列問題:
(2)氫氧燃料電池中,a電極為電池的是
負(fù)極
負(fù)極
(填“正極”或“負(fù)極”),氣體M的分子式
H2
H2
,a電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為:
H2+OH--2e-=2H2O
H2+OH--2e-=2H2O

(3)若右上圖裝置中盛有100mL5.0mol/LNaCl溶液,電解一段時(shí)間后須加入10.0mol/L鹽酸溶液50mL(密度為1.02g/mL)才能使溶液恢復(fù)至原來狀態(tài).則在此電解過程中導(dǎo)線上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為
4.14
4.14
mol.(保留小數(shù)點(diǎn)后2位)
Ⅱ氫氣是合成氨的重要原料.工業(yè)上合成氨的反應(yīng)是:
N2(g)+3H2(g)?2NH3 (g)△H=-92.2kJ?mol-1
(4)下列事實(shí)中,不能說明上述可逆反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的是
③④
③④

①N2、H2、NH3的體積分?jǐn)?shù)不再改變;
②單位時(shí)間內(nèi)生成2n mol NH3的同時(shí)生成3n mol H2;
③單位時(shí)間內(nèi)生成3n mol N-H鍵的同時(shí)生成n mol N≡N;
④用N2、H2、NH3的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率之比為1:3:2;
⑤混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變;
⑥混合氣體的總物質(zhì)的量不再改變.
(5)已知合成氨反應(yīng)在某溫度下2.00L的密閉容器中反應(yīng),測(cè)得如下數(shù)據(jù):
物質(zhì)的量/(mol)/時(shí)間(h) 0 1 2 3 4
N2 1.50 n1 1.20 n3 1.00
H2 4.50 4.20 3.60 n4 3.00
NH3 0.00 0.20 n2 1.00 1.00
根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算:
①反應(yīng)進(jìn)行到2小時(shí)時(shí)放出的熱量為
27.7
27.7
kJ.
②0~1小時(shí)內(nèi)N2的平均反應(yīng)速率
0.05
0.05
mol?L-1?h-1
③此條件下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K═
0.15
0.15
(保留兩位小數(shù)).
④反應(yīng)達(dá)到平衡后,若往平衡體系中再加入N2、H2 和NH3各1mol,化學(xué)平衡向
正反應(yīng)
正反應(yīng)
方向移動(dòng)(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”或“不移動(dòng)”.)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:閱讀理解

(2008?南京一模)化學(xué)在能源開發(fā)與利用中起著十分關(guān)鍵的作用.
(1)蘊(yùn)藏在海底的“可燃冰”是高壓下形成的外觀像冰的甲烷水合物固體.甲烷氣體燃燒的熱化學(xué)方程式為:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ/mol.
356g“可燃冰”(分子式為CH4?9H2O)釋放的甲烷氣體完全燃燒生成液態(tài)水.放出的熱量為
1780.6kJ
1780.6kJ

(2)某種燃料電池,一個(gè)電極通入空氣,另一電極通入液化石油氣(以C4H10表示),電池的電解質(zhì)是摻入了Y2O3的ZrO2晶體,它在高溫下傳導(dǎo)O2-
已知該電池負(fù)極的電極反應(yīng)為:C4H10+2O2--4e-=CO2+H2O,則該電池正極的電極反應(yīng)式為
O2+4e-=2O2-
O2+4e-=2O2-
,電池工作時(shí),固體電解質(zhì)里的O2-
負(fù)
負(fù)
極移動(dòng).
(3)已知一氧化碳與水蒸氣的反應(yīng)為:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
①T℃時(shí),在一定體積的容器中,通入一定量的CO(g)和H2O(g),發(fā)生反應(yīng)并保持溫度不變,各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化如下表:T℃時(shí)物質(zhì)的濃度(mol/L)變化
時(shí)間/min CO H2O(g) CO2 H2
0 0.200 0.300 0 0
2 0.138 0.238 0.062 0.062
3 0.100 0.200 0.100 0.100
4 0.100 0.200 0.100 0.100
5 0.116 0.216 0.084 C1
6 0.096 0.266 0.104 C2
第5、6min時(shí)的數(shù)據(jù)是保持溫度和體積不變時(shí),改變某一條件后測(cè)得的.第4~5min之間,改變的條件是
增加H2濃度
增加H2濃度
,第5~6min之間,改變的條件是
增加H2O(g)濃度
增加H2O(g)濃度
.T℃時(shí)該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)是
0.5
0.5

②已知420℃時(shí),該化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)為9.如果反應(yīng)開始時(shí),CO和H2O(g)的濃度都是0.01mol/L,則CO在此條件下的轉(zhuǎn)化率為
75%
75%

③397℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為12,請(qǐng)判斷該反應(yīng)的△H
0(填“>”、“=”、“<”).

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

化學(xué)在能源開發(fā)與利用中起著十分重要的作用.
(1)蘊(yùn)藏在海底的“可燃冰”是高壓下形成的外觀酷似冰的甲烷水合物.我國南海海底有豐富的“可燃冰”資源.取365g分子式為CH4?9H2O的“可燃冰”,將其釋放的甲烷完全燃燒生成CO2和H2O(l),可放出1780.6kJ的熱量,則甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式為
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3 kJ?mol-1
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3 kJ?mol-1

(2)甲醇是重要的基礎(chǔ)化工原料,又是一種新型的燃料,制取甲醇的傳統(tǒng)方法是采用CuO-ZnO/γ-Al2O3為催化劑,合成反應(yīng)為:CO+2H2
催化劑
.
加熱加壓
CH3OH.生產(chǎn)中一些工藝參數(shù)如圖所示.該反應(yīng)為
放熱
放熱
(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng).說明你作出判斷的依據(jù)
由圖知,不論在何種壓強(qiáng)下,都是溫度越高,CO的轉(zhuǎn)化率越小
由圖知,不論在何種壓強(qiáng)下,都是溫度越高,CO的轉(zhuǎn)化率越小

最近有人制造了一種燃料電池,一個(gè)電極通入空氣,另一個(gè)電極加入甲醇,電池的電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體,它在高溫下能傳導(dǎo)O2-離子.該電池的正極反應(yīng)式為
O2+4e-=2O2-
O2+4e-=2O2-
.電池工作時(shí),固體電解質(zhì)里的O2-
負(fù)
負(fù)
極推動(dòng).

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科目:高中化學(xué) 來源:2010年寧波市八校高二下學(xué)期期末聯(lián)考化學(xué)試題 題型:實(shí)驗(yàn)題

(18分)化學(xué)在能源開發(fā)與利用中起到十分關(guān)鍵的作用。氫氣是一種新型的綠色能源,又是一種重要的化工原料。
Ⅰ (1)在298K、101kPa時(shí),2g H2完全燃燒生成液態(tài)水,放出285.8kJ熱量。則表示氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式為:                                          。
氫氧燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高,具有廣闊的發(fā)展前景,F(xiàn)用氫氧燃料電池進(jìn)行下圖飽和食鹽水電解實(shí)驗(yàn)(圖中所用電極均為惰性電極)。分析該裝置、回答下列問題:

(2)氫氧燃料電池中,a電極為電池的是      (填“正極”或“負(fù)極”),氣體M的分子式        ,a電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為:                            
(3)若右上圖裝置中盛有100mL5.0mol/LNaCl溶液,電解一段時(shí)間后須加入10.0mol/L鹽酸溶液50mL(密度為1.02g/mL)才能使溶液恢復(fù)至原來狀態(tài)。則在此電解過程中導(dǎo)線上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為        mol。(保留小數(shù)點(diǎn)后2位)
Ⅱ 氫氣是合成氨的重要原料。工業(yè)上合成氨的反應(yīng)是:
N2(g)+3H2(g)2NH3 (g) ΔH=-92.2kJ·mol-1
(4)下列事實(shí)中,不能說明上述可逆反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的是        。
① N2、H2、NH3的體積分?jǐn)?shù)不再改變;
② 單位時(shí)間內(nèi)生成2n mol NH3的同時(shí)生成3n mol H2
③ 單位時(shí)間內(nèi)生成3n mol N—H鍵的同時(shí)生成n mol N≡N;
④ 用N2、H2、NH3的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率之比為1:3:2;
⑤ 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變;
⑥ 混合氣體的總物質(zhì)的量不再改變。
(5)已知合成氨反應(yīng)在某溫度下2.00L的密閉容器中反應(yīng),測(cè)得如下數(shù)據(jù):

根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算:
①反應(yīng)進(jìn)行到2小時(shí)時(shí)放出的熱量為      kJ。
②0~1小時(shí)內(nèi)N2的平均反應(yīng)速率       mol·L-1·h-1。
③此條件下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K==            (保留兩位小數(shù))。
④反應(yīng)達(dá)到平衡后,若往平衡體系中再加入N2、H2和NH3各1 mol,化學(xué)平衡向   方向移動(dòng)(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”或“不移動(dòng)”。)

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