Question

氫氣是中學化學中常見的氣體之一，它是一中新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料．
（1）氫氣燃燒熱值高．實驗測得，在常溫常壓下，1gH₂完全燃燒生成液態水，放出142.9kJ熱量．則H₂燃燒的熱化學方程式為

 

．
（2）某同學利用鐵與硫酸反應制取氫氣，反應速率較慢，你認為可能的原因是：

 

．
（3）氫氣是合成氨的重要原料．工業上合成氨的反應是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₂（g）
①一定條件下，一定量的N₂和H₂反應達到平衡后，改變某一外界條件，反應速率與時間的關系如右圖所示，其中加入催化劑引起反應速率變化的時間段是

 

（填，如0～t₁等）．
②溫度為T℃時，將2a mol H₂和 amolN₂放入0.5L密閉容器中，充分反應后測得N₂的轉化率為50%．則該溫度下反應的平衡常數為

 

（用含a的代數式表示）．
（4）利用光分解水制氫是未來解決能源危機的理想方法之一，某研究機構設計了如圖的砷化鎵光電池系統實現光分解水制氫．光電池的a極為

 

極；若電解池內是硫酸鈉溶液，則b極的電極反應式為

 

．

Answer 1

分析：（1）根據熱化學反應方程式的書寫規則書寫，注意不要漏寫各物質的狀態．
（2）鐵的純度太高和氫離子濃度太大或太小都影響其反應速率．
（3）①催化劑能同等程度的改變正逆反應速率，據此分析．
②化學平衡常數等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比．
（4）根據圖分析，電解池中氫離子的陰極上放電生成氫氣，陰極連接的是電源的負極，電解池的陽極連接的是電源的正極．

解答：解：（1）1g氫氣的物質的量是0.5mol，燃燒0.5mol氫氣放出142.9kJ熱量，所以燃燒1mol氫氣放出285.8kJ熱量，所以氫氣的燃燒熱化學反應方程式為：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（1）△H=-285.8kJ/mol．
故答案為：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（1）△H=-285.8kJ/mol．
（2）鐵和硫酸反應時，如果鐵的純度較高，反應速率會較慢；如果溶液中氫離子濃度較低，反應速率會較慢；如果溶液中氫離子濃度太高，濃硫酸和鐵能發生鈍化現象，反應速率會較低．
故答案為：鐵單質的純度較高或硫酸濃度太稀或硫酸濃度太濃．
（3）①原來是平衡狀態時，正逆反應速率相等，催化劑能同等程度的改變正逆反應速率，所以正逆反應速率還相等，且比原來速率大，即時間段是t₂～t₃．
故答案為t₂～t₃． 
 ②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₂（g）
開始2amol/L   4amol/L    0
反應amol/L    3amol/L   2amol/L 
平衡amol/L    amol/L    2amol/L
所以化學平衡常數K=

(2amol/L)2

(amol/L)．(amol/L)3

=

4

a2

故答案為

4

a2

．
（4）根據圖知，b極上生成氫氣，所以在電解池中，氫離子在陰極上得到電子生成氫氣，所以b極是陰極，b極連接的為電源的負極，所以a極是電源的正極；電解硫酸鈉溶液，溶液中的水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應式為  2H2O+2e-=H2↑+2OH-．
故答案為：正極；  2H2O+2e-=H2↑+2OH-．

點評：本題考查了熱化學反應方程式的書寫、影響化學反應速率的因素等知識點，易錯題是（1）題，注意寫熱化學反應方程式要注明各物質的狀態，燃燒熱的熱化學反應方程式中燃料的計量數為1，然后根據原子守恒配平其它各物質即可．