Question

碳、氮和鋁的單質(zhì)及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中有重要的作用。

（1）真空碳熱還原—氯化法可實現(xiàn)由鋁礦制備金屬鋁，其相關的熱化學方程式如下：

2Al₂O₃(s)＋2AlCl₃(g)＋6C(s)=6AlCl(g)＋6CO(g)    △H＝a kJ·mol^－1

3AlCl(g) ＝2Al(l)＋AlCl₃(g)  △H＝b kJ·mol^－1

反應Al₂O₃(s)＋3C(s)＝2Al(l)＋3CO(g)的△H＝      kJ·mol^－1(用含a、b的代數(shù)式表示)；

（2）用活性炭還原法可以處理氮氧化物。某研究小組向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO₂(g)  △H=Q kJ·mol^－1。在T₁℃時，反應進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下：

時間（min） 濃度（mol/L）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

 

①0～10min內(nèi)，NO的平均反應速率v(NO)＝        ，T₁℃時，該反應的平衡常數(shù)K＝         ；

②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是        (填字母編號)。

a．通入一定量的NO            b．加入一定量的活性炭

c．加入合適的催化劑           d．適當縮小容器的體積   

③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為3：1：1，則Q          0(填“>”或“<”)。

④在恒容條件下，能判斷該反應一定達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是        (填選項編號)。

a．單位時間內(nèi)生成2n mol NO(g)的同時消耗n mol CO₂(g) 

b．反應體系的溫度不再發(fā)生改變

c．混合氣體的密度不再發(fā)生改變

d．反應體系的壓強不再發(fā)生改變

（3）鋁電池性能優(yōu)越，Al—Ag₂O電池可用作水下動力電源，其原理如下圖所示：

請寫出該電池正極反應式             ；常溫下，用該化學電源和惰性電極電解300ml硫酸銅溶液（過量），消耗27mg Al，則電解后溶液的pH＝         （不考慮溶液體積的變化）。

 

Answer 1

【答案】

（15分）（1）0.5a＋b（2分）  （2）①0.032mol·L^－1·min^－1 （1分），    0.25 （2分）；

② ad（2分，選對一個給1分，錯選不給分）；  ③＜（2分）；

④bc（2分，選對一個給1分，錯選不給分）；（3）Ag ₂O+2e^－+H₂O＝2Ag+2OH^－（2分）； 2（2分）

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)反應①2Al₂O₃(s)＋2AlCl₃(g)＋6C(s)＝6AlCl(g)＋6CO(g)    △H＝a kJ·mol^－1、②3AlCl(g) ＝2Al(l)＋AlCl₃(g)  △H＝b kJ·mol^－1并依據(jù)蓋斯定律可知，①÷2＋②即得到反應A Al₂O₃(s)＋3C(s)＝2Al(l)＋3CO(g)，所以該反應的△H＝（0.5a＋b）KJ/mol。

（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，0～10min內(nèi)，NO的平均反應速率v(NO)＝＝0.032mol•L^-1•min^-1；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，反應C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO₂(g)的平衡濃度c(N₂)＝0.25mol/L；c(CO₂)＝0.25mol/L；c(NO)＝0.5mol/L，所以該反應的平衡常數(shù)K＝＝＝0.25。

②30min后，只改變某一條件，反應C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO₂(g)重新達到平衡。依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，依據(jù)平衡常數(shù)計算K＝＝＝0.25。由于平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反應前后氣體體積不變，所以可能是減小容器體積后加入一定量一氧化氮。

a．通入一定量的NO，新平衡狀態(tài)下物質(zhì)平衡濃度增大，故a正確；

b．加入一定量的活性炭，碳是固體對平衡無影響，平衡不動，故b錯誤；

c．加入合適的催化劑，催化劑只改變化學反應速率，不改變化學平衡，故C錯誤；

d．適當縮小容器的體積，反應前后體積不變，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，故d；

因此正確的答案為ad。

③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為3:1:1，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此逆反應是吸熱反應，則正反應是放熱反應，故Q＜0。

④在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學平衡狀態(tài)。恒容條件下，體積不變。

a、無論反應是否達到平衡狀態(tài)，單位時間內(nèi)生成2n mol NO（g）的同時消耗n mol CO₂（g），故a錯誤；

b、該反應是放熱反應，所以反應體系的溫度隨著反應的移動而改變，當平衡時，反應體系的溫度不變，故b正確；

C、密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，反應中有固體參加，反應前后氣體的質(zhì)量不等，所以當反應達到平衡時，混合氣體的密度不再變化，故c正確；

d、反應前后體積不變，所以無論反應是否達到平衡狀態(tài)，壓強始終不變，故d錯誤，答案選bc。

（3）原電池中較活潑的金屬是負極，失去電子，發(fā)生氧化反應。電子經(jīng)導線傳遞到正極，所以溶液中的陽離子向正極移動，正極得到電子，發(fā)生還原反應。所以根據(jù)裝置圖可知，負極是鋁，失去電子。正極上氧化銀得電子和水反應生成銀和氫氧根離子，電極反應式為Ag ₂O+2e^－+H₂O＝2Ag+2OH^－；根據(jù)反應中得失電子數(shù)相等計算，消耗27mg Al失去電子是×3＝0.003mol。所以根據(jù)反應式2CuSO₄＋2H₂O2Cu＋2H₂SO₄＋O₂↑可知，反應中生成氫離子的物質(zhì)的量＝0.003mol，所以溶液中氫離子物質(zhì)的量的濃度＝0.003mol÷0.3L＝0.01mol/L，所以pH＝－lg0.01＝2。

考點：考查反應熱、反應速率和平衡常數(shù)的計算；外界條件對平衡狀態(tài)的影響以及平衡狀態(tài)的判斷；電化學原理的有關應用以及pH的有關計算等