Ⅰ.一种分解海水制氢气的方法为2H2O(l)2H2(g)+O2(g)。
已知:①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH1=-483.6 kJ·mol−1
②H2O(g)=H2O(l) ΔH2=-44 kJ·mol−1
反应①中化学键的键能数据如表:
化学键 | H-H | O=O | H-O |
E / (kJ·mol−1) | a | 498 | 465 |
由此计算a=___ kJ·mol−1;氢气的燃烧热ΔH=___ kJ·mol−1。
Ⅱ.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图甲所示,该电池用空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质溶液。以该燃料电池为电源电解足量饱和CuCl2溶液的装置如图乙所示。
(1)甲中b电极称为_________极(填“正”或“负”)。
(2)乙中d电极发生_________反应(填“氧化”或“还原”)。
(3)当燃料电池消耗0.15mol O2时,乙中电极增重_________g。
(4)燃料电池中使用的阴离子交换膜只允许阴离子和水分子通过。甲中OH-通过阴离子交换膜向__________电极方向移动(填“a”或“b”)。
(5)燃料电池中a的电极反应式为__________。
III.向体积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol SO2、4 mol CO和催化剂,发生反应SO2(g)+2CO(g)2CO2(g)+S(g) ΔH,测得温度对SO2的转化率及催化剂效率的影响如图所示:
(6)该反应的ΔH____0(填“>”或“<”,下同);图中M、N两点的平衡常数:K(M)_______K(N)。
(7)M点时的化学平衡常数K=________。
(8)工业生产时,该反应最佳温度为250℃,其原因是__________________。
答案:
439.2 -285.8 正 还原 19.2 a N2H4+4OH--4e-= N2↑+4H2O < > (或0.11) 此温度下催化效率最高,转化率适中。升高温度,SO2转化率降低;降低温度,反应变慢且催化效率下降
【解析】
Ⅰ.根据ΔH=反应物的键能和-生成物的键能和,结合反应和键能数据计算;燃烧热是1mol氢气燃烧产生液态水时的反应热;
Ⅱ.结合装置分析反应的原理,确定电极名称及电极反应和反应类型,根据各电极的电子守恒确定电极的质量变化;
III.结合图像,温度升高平衡向吸热反应方向移动。
Ⅰ.由ΔH=反应物的键能和-生成物的键能和,ΔH1=2E(H-H)+E(O=O)-4E(H-O)=2a kJ·mol−1+498 kJ·mol−1-465 kJ·mol−14=-483.6 kJ·mol−1,计算a=439.2 ;由盖斯定律得:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH3 可由①+②×2得到,则ΔH3==-483.6 kJ·mol−1+(-44 kJ·mol−1)=-571.6 kJ·mol−1,燃烧热是1mol氢气燃烧产生液态水时的反应热,则氢气的燃烧热为-285.8 kJ·mol−1,故答案为:439.2;-285.8;
Ⅱ.由装置图可知,甲装置为原电池,乙装置为电解池,甲中通N2H4的电极为负极:即a电极为负极,发生的电极反应为:N2H4+4OH--4e-= N2↑+4H2O;通空气的电解为正极,即b电极为正极,在原电池中阴离子向负极移动,则氢氧根离子向a电极移动;与负极所连的电极d为阴极,发生还原反应,则c为阳极,发生氧化反应;燃料电池消耗0.15mol O2时,转移的电子物质的量为0.6mol,乙中增重电极发生反应为:,0.6mol电子转移时,产生的铜单质0.3mol,质量为:19.2g;
故答案为:正;还原;19.2;a;N2H4+4OH--4e-= N2↑+4H2O;
III.(6)由图像可知,随温度的升高,二氧化硫的转化率降低,可知平衡逆向移动,逆向为吸热反应,正向为放热反应,N点温度高温M点,温度升高K减小,则M点的K大于N点K,故答案为:<;>;
(7)根据三段式列式:
K==,故答案为:(或0.11);
(8) 工业生产时,该反应最佳温度为250℃,结合图像可知此时催化剂的效率较高,温度高时催化剂的催化效率降低,温度低时未达到较高的催化效率,反应速率较慢,故答案为:此温度下催化效率最高,转化率适中。升高温度,SO2转化率降低;降低温度,反应变慢且催化效率下降