Question

【題目】（1）用甲烷—空氣堿性(KOH溶液)燃料電池作電源，電解CuCl2溶液。裝置如圖所示：

①a電極名稱為_______。

②c電極的電極反應式為_________________。

③假設CuCl2溶液足量，當某電極上析出3.2 g 金屬Cu時，理論上燃料電池消耗的空氣在標準狀況下的體積是_______L（空氣中O2體積分數約為20%）。

（2）在一定條件下，恒溫恒容密閉容器中進行可逆反應：N2＋3H22NH3。

①試判斷下列情況能說明該反應已經達到化學平衡狀態的是________________(填字母序號)。

a．單位時間內生成n mol N2同時生成3n mol H2

b．H2的生成速率等于NH3的生成速率

c．一個N≡N鍵斷裂的同時，有三個H—H鍵形成

d．容器中N2、H2、NH3的濃度之比為1∶3∶2

e．反應物濃度等于生成物濃度

f．混合氣體的總物質的量不變

②298 K時，若已知生成標準狀況下2.24 L NH3時放出熱量為4.62 kJ。寫出合成氨反應的熱化學方程式_____________________。在該溫度下，取1 mol N2和3 mol H2放在一密閉容器中，在催化劑存在時進行反應。測得反應放出的熱量總小于92.4 kJ，其原因是_______________________。

（3）某課外活動小組用下圖裝置進行實驗，試回答：

①若開始時K接M，則鐵極上的電極反應式為______，石墨極上的電極反應式為________。

②若開始時K接N，則石墨極上的電極反應式為______，電解的總化學方程式為_______。

（4）常溫下，將除去表面氧化膜的Al、Cu片插入濃HNO3中組成原電池(圖1)，測得原電池的電流強度(I)隨時間(t)的變化如圖2所示，反應過程中有紅棕色氣體產生。

0～t1時，原電池的負極是Al片，此時，正極的電極反應式是________，溶液中的H＋向_____極移動。t1時，原電池中電子流動方向發生改變，其原因是____________________________。

Answer 1

【答案】 負極 2Cl－－2e－＝Cl2↑ 2.8 cf N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 合成氨是一個可逆反應，1 mol N2和3 mol H2放在一密閉容器中，在催化劑存在時進行反應，N2和H2不能全部轉化為NH3 Fe－2e－＝Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 2Cl－－2e－＝Cl2↑ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 2H＋＋NO＋e－＝NO2↑＋H2O 正 隨著反應進行鋁表面鈍化形成氧化膜阻礙反應進行，銅作負極發生氧化反應，電流方向與原來相反

【解析】（1）①a電極通入甲烷，是負極。②c電極與電源的正極相連，作陽極，電極反應式為2Cl－－2e－＝Cl2↑。③3.2 g 金屬Cu是0.05mol，轉移0.1mol電子，根據電子得失守恒可知消耗氧氣是0.025mol，標準狀況下的體積是0.025mol×22.4L/mol＝0.56L，因此理論上燃料電池消耗的空氣在標準狀況下的體積是0.56L÷0.2=2.8L。

（2）①a．單位時間內生成n mol N2同時生成3n mol H2，均表示逆反應速率，不能說明反應達到平衡狀態，a錯誤；b．H2的生成速率等于NH3的生成速率不滿足反應速率之比是相應的化學計量數之比，沒有達到平衡狀態，b錯誤；c．一個N≡N鍵斷裂的同時，有三個H—H鍵形成表示正逆反應速率相等，達到平衡狀態，c正確；d．容器中N2、H2、NH3的濃度之比為1∶3∶2不能說明正逆反應速率相等，因此不一定處于平衡狀態，d錯誤；e．反應物濃度等于生成物濃度不能說明正逆反應速率相等，因此不一定處于平衡狀態，e錯誤；f．正反應是體積減小的，則混合氣體的總物質的量不變說明正逆反應速率相等，處于平衡狀態，f正確，答案選cf；②標準狀況下2.24 L NH3是0.1mol，則生成2mol氨氣放熱是92.4 kJ，所以合成氨反應的熱化學方程式為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。由于合成氨是一個可逆反應，1 mol N2和3 mol H2放在一密閉容器中，在催化劑存在時進行反應，N2和H2不能全部轉化為NH3，因此測得反應放出的熱量總小于92.4 kJ；（3）①若開始時K接M構成原電池，鐵是負極，則鐵極上的電極反應式為Fe－2e－＝Fe2＋，石墨極是正極，溶液中的氧氣得到電子，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－＝4OH－。②若開始時K接N構成電解池，石墨與電源正極相連，作陽極，則石墨極上的電極反應式為2Cl－－2e－＝Cl2↑，陰極是氫離子放電，則電解的總化學方程式為2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

（4）0～t1時，原電池的負極是Al片，此時正極是硝酸根得到電子，電極反應式是2H＋＋NO3－＋e－＝NO2↑＋H2O；原電池中陽離子向正極移動，則溶液中的H＋向正極移動。由于隨著反應進行鋁表面鈍化形成氧化膜阻礙反應進行，銅作負極發生氧化反應，電流方向與原來相反，因此原電池中電子流動方向發生改變。