放电
2Z＋FeG2充电Fe＋2ZG放电时，电池的正极反应式为________；充电时，______(写物质名称)电极接电源的负极；该电池的电解质为________。
解析：X、Y、Z、M、G五种元素分属三个短周期，并且原子序数依次增大，X、Z同主族，且能形成离子化合物ZX，则Z为Na、X为H；Y、M同主族且能形成MY2、MY3两种分子，则M为S、Y为O，G为Cl。
(1)O元素在元素周期表中的位置为第二周期第ⅥA族。
(2)五种元素的最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是HClO4，O、S、Cl三种元素的非金属性：O>S，Cl>S，所以非金属性最弱的是S，其气态氢化物的还原性最强，为H2S。
(3)O、Cl两种元素的单质或两元素之间形成的化合物可以用作水消毒剂的有O3、Cl2、ClO2等。 (4)H2S的燃烧热ΔH＝－a kJ·mol，则1 mol H2S完全燃烧生成SO2气体和H2O(l)放出akJ的热量，所以H2S燃烧的热化学方程式为2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－2a kJ·mol
或H2S(g)＋3/2O2(g)===SO2(g)＋H2O(l) ΔH＝－a kJ·mol。
(5)NaH的电子式为Na[∶H]，NaH与水发生的反应为NaH＋H2O===NaOH＋H2↑。
(6)Na与FeCl2形成的可充电电池在放电时为原电池，正极发生的反应为Fe＋2e===Fe。
根据可充电电池装置可知，放电时熔融Na电极作负极，熔融FeCl2电极作正极；充电时，原电池的负极接电源负极作电解池阴极，原电池的正极接电源正极作电解池阳极，故充电时钠接电源的负极。因为该电池中电极材料为熔融Na电极和熔融FeCl2电极，所以电解质为β-Al2O3。
答案：(1)第二周期第ⅥA族 (2)HClO4 H2S (3)Cl2、O3、ClO2(任写两种，其他合理答案均可) 3
(4)H2S(g)＋O2(g)===SO2(g)＋H2O(l)
2ΔH＝－a kJ·mol
(5)Na[∶H] NaH＋H2O===NaOH＋H2↑ (6)Fe＋2e===Fe 钠 β-Al2O3
2＋
－
＋
－
－1
2＋
－
＋
－
－1
－1
－1
9
17．(11分)(2011年高考新课标全国卷)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为－285.8 kJ·mol、－283.0 kJ·mol和－726.5 kJ·mol。请回答下列问题：
(1)用太阳能分解10 mol水消耗的能量是________ kJ；
(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为____________________；
(3)在容积为2 L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如下图所示(注：T1、T2均大于300 ℃)：
－1
－1
－1
下列说法正确的是________(填序号)
①温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为
nA
v(CH3OH)＝ mol·L－1·min－1
tA
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小 ③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时
n（H2）
n（CH3OH）
增大
(4)在T1温度时，将1 mol CO2和3 mol H2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO2的转化率为α，则容器内的压强与起始压强之比为________；
(5)在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为
______________________、正极的反应式为________________________。理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为______(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。
解析：(1)根据氢气的燃烧热写出热化学方程式：
H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l) ΔH1＝－285.8 kJ·mol①，则分解10 mol水消耗能量为2 858 kJ。 (2)根据燃烧热再写出热化学方程式： CH3OH(l)＋3/2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH2＝－726.5 kJ·mol② CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)
10
－1
－1
ΔH3＝－283.0 kJ·mol③
方程式②－③可得：CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)，则ΔH＝ΔH2－ΔH3＝－726.5 kJ·mol－(－283.0 kJ·mol)＝－443.5 kJ·mol。
(3)方程式①×3－②可得：
CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(l)＋H2O(l)，则ΔH＝3ΔH1－ΔH2＝3×(－285.8 kJ·mol)－(－726.5 kJ·mol)＝－130.9 kJ·mol。
－1
－1
－1
－1
－1
－1
－1
nA mol
v(CH3OH)＝
2 LnA－1－1
＝mol·L·min，①错误。温度越高反应速率越快，先达到平衡，则T2>T1。该tAmin2tA
反应是放热反应，升温平衡逆向移动，平衡常数减小，
n（H2）
n（CH3OH）
增大，②错误，③、④正确。
(4)300 ℃时甲醇和水都为气态，根据化学反应方程式： CO2＋3H2
CH3OH＋H2O
起始物质的量(mol) 1 3 0 0 转化物质的量(mol) α 3α α α 平衡物质的量(mol) 1－α3－3α α α
压强之比等于物质的量之比，则p平/p始＝(4－2α)/4＝(2－α)/2。
(5)负极上甲醇失电子，在酸性条件下与水结合生成氢离子：CH3OH＋H2O===CO2＋6H＋6e。正极电极702.1 kJ－＋
反应式为O2＋4e＋4H===2H2O。该电池的理论效率为×100%≈96.6%。
726.5 kJ
答案：(1)2 858 (2)CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－443.5 kJ·mol (3)③④ (4)(2－α)/2 (5)CH3OH＋H2O===CO2＋6H＋6e 3/2O2＋6e＋6H===3H2O 96.6%
18．(10分)(2012年高考山东卷)偏二甲肼与N2O4是常用的火箭推进剂，二者发生如下化学反应： (CH3)2NNH2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋3N2(g)＋4H2O(g) (Ⅰ) (1)反应(Ⅰ)中氧化剂是________。
(2)火箭残骸中常现红棕色气体， 原因为：N2O4
2NO2(g) (Ⅱ)
＋
－
－
＋
－1＋
－
当温度升高时，气体颜色变深，则反应(Ⅱ)为______(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)一定温度下，反应(Ⅱ)的焓变为ΔH。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是________。
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若在相同温度下，上述反应改在体积为1 L的恒容密闭容器中进行，平衡常数________(填“增大”“不变”或“减小”)，反应3 s后NO2的物质的量为0.6 mol，则0～3 s内的平均反应速率v(N2O4)＝________mol·L·s。
(4)NO2可用氨水吸收生成NH4NO3，25 ℃时，将a mol NH4NO3溶于水，溶液显酸性，原因是
__________________(用离子方程式表示)。向该溶液滴加b L氨水后溶液呈中性，则滴加氨水的过程中水的电离平衡将________(填“正向”“不”或“逆向”)移动， 所滴加氨水的浓度为________mol·L。(NH3·H2O的电离平衡常数取Kb＝2×10mol·L)
解析：(1)反应(Ⅰ)中的氧化剂为N2O4。(2)温度升高，颜色变深，说明平衡右移，则反应(Ⅱ)为吸热反应。(3)密度不变时为平衡状态，a对；对于给定的反应，ΔH一直保持不变，故不能说明反应达到平衡状态，b错；N2O4的正反应速率逐渐减小，最后保持不变，NO2的反应速率应从零开始，逐渐增大，最后保持不变，c错；转化率一定时达到平衡，d对。平衡常数只与温度有关，对于给定的反应，温度不变，平衡常数不变；根据N守恒，可知3 s后n(N2O4)＝0.7 mol，故0～3 s内N2O4的平均反应速率v(N2O4)＝1 mol－0.7 mol－1－1＋＋
＝0.1 mol·L·s。(4)NH4水解使NH4NO3溶液显酸性：NH4＋H2
1 L×3 s
＋
＋
－
3
－5
－1
－1
－1
－1
·H2O＋H；滴加
－
＋
＋
氨水时水的电离平衡将逆向移动；溶液呈中性，由电荷守恒可知c(NH4)＋c(H)＝c(NO3)＋c(OH)，则n(NH4)＋n(H)＝n(NO3)＋n(OH)，因为平衡后溶液呈中性，n(H)＝n(OH)，则n(NH4)＝n(NO3)＝a mol，设加入的氨水的浓度为c mol· L，反应后溶液体积为V L。
－1
＋
－
－
＋
－
＋
－
a－1－7－1
mol·L×10 mol·L＋－
[NH4]·[OH]Va－5－1－1
由Kb＝＝＝2×10 mol·L，得c＝ mol·L。
[NH3·H2O]bc200b－1
mol·LV答案：(1)N2O4 (2)吸热 (3)ad 不变 0.1 (4)NH4＋H2
＋
NH3·H2O＋H 逆向
＋
200ba19．(10分)(2012年济南模拟)(1)事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是________。
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