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(shí)現(xiàn)由鋁礦制備金屬鋁，其相關(guān)的熱化學(xué)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(yīng)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(yīng)C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)  △H=Q kJ·mol－1在T1℃時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的濃度如下：

時(shí)間（mol/L） 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(yīng)速率v(NO)＝        ，T1℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝       ；

②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)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(hào)）。

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(dāng)縮小容器的體積   

③若30min后升高溫度至T2℃，達(dá)到平衡時(shí)，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(yīng)一定達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是      （填選項(xiàng)編號(hào)）。

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

b．反應(yīng)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(yīng)體系的壓強(qiáng)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(dòng)力電源，其原理如下圖所示：

           

請(qǐng)寫出該電池正極反應(yīng)式           ；常溫下，用該化學(xué)電源和惰性電極電解300ml硫酸銅溶液（過(guò)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

（1）0.5a＋b

（2）①0.032mol·L－1·min－1    0.25；   ② ad    ③＜   ④bc

（3）Ag2O+2e－+H2O＝2Ag+2OH－；2

【解析】（1）根據(jù)反應(yīng)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(yīng) Al2O3(s)＋3C(s)＝2Al(l)＋3CO(g)，所以該反應(yīng)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(yīng)速率v(NO)＝（1.0mol/L-0.68mol/）10min＝0.032mol?L-1?min-1；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)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(yīng)的平衡常數(shù)K＝c(N2)c(CO2)/c2(NO)＝0.25×0.25/0.52＝0.25。

②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)重新達(dá)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(jì)算K＝c(N2)c(CO2)/c2(NO)＝0.3×0.3/0.62＝0.25。由于平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說(shuō)明改變的條件一定不是溫度；

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

b．加入一定量的活性炭，碳是固體對(duì)平衡無(wú)影響，平衡不動(dòng)，故錯(cuò)誤；

c．加入合適的催化劑，催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，c錯(cuò)誤；

d．適當(dāng)縮小容器的體積，反應(yīng)前后體積不變，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，故正確；

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

④在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時(shí)（但不為0），反應(yīng)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(xué)平衡狀態(tài)。恒容條件下，體積不變。

a、無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，單位時(shí)間內(nèi)生成2n mol NO（g）的同時(shí)消耗n mol CO2（g），故a錯(cuò)誤；

b、該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)體系的溫度隨著反應(yīng)的移動(dòng)而改變，當(dāng)平衡時(shí)，反應(yīng)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(yīng)中有固體參加，反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不等，所以當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，混合氣體的密度不再變化，故c正確；

d、反應(yīng)前后體積不變，所以無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，壓強(qiáng)始終不變，故d錯(cuò)誤。

（3）原電池中較活潑的金屬是負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞到正極，所以溶液中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。所以根據(jù)裝置圖可知，負(fù)極是鋁，失去電子。正極上氧化銀得電子和水反應(yīng)生成銀和氫氧根離子，電極反應(yīng)式為Ag2O+2e－+H2O＝2Ag+2OH－；根據(jù)反應(yīng)中得失電子數(shù)相等計(jì)算，消耗27mg Al失去電子是0.027g/27g/mol×3＝0.003mol。所以根據(jù)反應(yīng)式2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑可知，反應(yīng)中生成氫離子的物質(zhì)的量＝0.003mol，所以溶液中C(H+)＝0.003mol÷0.3L＝0.01mol/L，所以pH＝－lg0.01＝2。