Question

【题目】（1）用甲烷—空气碱性(KOH溶液)燃料电池作电源，电解CuCl2溶液。装置如图所示：

①a电极名称为_______。

②c电极的电极反应式为_________________。

③假设CuCl2溶液足量，当某电极上析出3.2 g 金属Cu时，理论上燃料电池消耗的空气在标准状况下的体积是_______L（空气中O2体积分数约为20%）。

（2）在一定条件下，恒温恒容密闭容器中进行可逆反应：N2＋3H22NH3。

①试判断下列情况能说明该反应已经达到化学平衡状态的是________________(填字母序号)。

a．单位时间内生成n mol N2同时生成3n mol H2

b．H2的生成速率等于NH3的生成速率

c．一个N≡N键断裂的同时，有三个H—H键形成

d．容器中N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2

e．反应物浓度等于生成物浓度

f．混合气体的总物质的量不变

②298 K时，若已知生成标准状况下2.24 L NH3时放出热量为4.62 kJ。写出合成氨反应的热化学方程式_____________________。在该温度下，取1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应。测得反应放出的热量总小于92.4 kJ，其原因是_______________________。

（3）某课外活动小组用下图装置进行实验，试回答：

①若开始时K接M，则铁极上的电极反应式为______，石墨极上的电极反应式为________。

②若开始时K接N，则石墨极上的电极反应式为______，电解的总化学方程式为_______。

（4）常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。

0～t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是________，溶液中的H＋向_____极移动。t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是____________________________。

Answer 1

【答案】 负极 2Cl－－2e－＝Cl2↑ 2.8 cf N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 合成氨是一个可逆反应，1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，N2和H2不能全部转化为NH3 Fe－2e－＝Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 2Cl－－2e－＝Cl2↑ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 2H＋＋NO＋e－＝NO2↑＋H2O 正 随着反应进行铝表面钝化形成氧化膜阻碍反应进行，铜作负极发生氧化反应，电流方向与原来相反

【解析】（1）①a电极通入甲烷，是负极。②c电极与电源的正极相连，作阳极，电极反应式为2Cl－－2e－＝Cl2↑。③3.2 g 金属Cu是0.05mol，转移0.1mol电子，根据电子得失守恒可知消耗氧气是0.025mol，标准状况下的体积是0.025mol×22.4L/mol＝0.56L，因此理论上燃料电池消耗的空气在标准状况下的体积是0.56L÷0.2=2.8L。

（2）①a．单位时间内生成n mol N2同时生成3n mol H2，均表示逆反应速率，不能说明反应达到平衡状态，a错误；b．H2的生成速率等于NH3的生成速率不满足反应速率之比是相应的化学计量数之比，没有达到平衡状态，b错误；c．一个N≡N键断裂的同时，有三个H—H键形成表示正逆反应速率相等，达到平衡状态，c正确；d．容器中N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2不能说明正逆反应速率相等，因此不一定处于平衡状态，d错误；e．反应物浓度等于生成物浓度不能说明正逆反应速率相等，因此不一定处于平衡状态，e错误；f．正反应是体积减小的，则混合气体的总物质的量不变说明正逆反应速率相等，处于平衡状态，f正确，答案选cf；②标准状况下2.24 L NH3是0.1mol，则生成2mol氨气放热是92.4 kJ，所以合成氨反应的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。由于合成氨是一个可逆反应，1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，N2和H2不能全部转化为NH3，因此测得反应放出的热量总小于92.4 kJ；（3）①若开始时K接M构成原电池，铁是负极，则铁极上的电极反应式为Fe－2e－＝Fe2＋，石墨极是正极，溶液中的氧气得到电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－。②若开始时K接N构成电解池，石墨与电源正极相连，作阳极，则石墨极上的电极反应式为2Cl－－2e－＝Cl2↑，阴极是氢离子放电，则电解的总化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

（4）0～t1时，原电池的负极是Al片，此时正极是硝酸根得到电子，电极反应式是2H＋＋NO3－＋e－＝NO2↑＋H2O；原电池中阳离子向正极移动，则溶液中的H＋向正极移动。由于随着反应进行铝表面钝化形成氧化膜阻碍反应进行，铜作负极发生氧化反应，电流方向与原来相反，因此原电池中电子流动方向发生改变。