Question

1．碳、氮和铝的单质及其化合物在工农业生产和生活中有重要的作用．
（1）真空碳热还原-氯化法可实现由铝矿制备金属铝，其相关的热化学方程式如下：
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
反应Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）的△H=0.5a+bkJ•mol^-1（用含a、b的代数式表示）；
（2）用活性炭还原法可以处理氮氧化物．某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，发生反应C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ•mol^-1在T₁℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

时间（mol/L） 浓度（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内，NO的平均反应速率v（NO）=0.032mol•L^-1•min^-1，T₁℃时，该反应的平衡常数K=0.25；
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是ad（填字母编号）．
a．通入一定量的NO            b．加入一定量的活性炭
c．加入合适的催化剂           d．适当缩小容器的体积
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为3：1：1，则Q＜0（填“＞”或“＜”）．
④在恒容条件下，能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是bc（填选项编号）．
a．单位时间内生成2n mol NO（g）的同时消耗n mol CO₂（g）
b．反应体系的温度不再发生改变
c．混合气体的密度不再发生改变
d．反应体系的压强不再发生改变
（3）铝电池性能优越，Al-Ag₂O电池可用作水下动力电源，其原理如图所示：
请写出该电池正极反应式Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-；常温下，用该化学电源和惰性电极电解300ml硫酸铜溶液（过量），消耗27mg Al，则电解后溶液的pH=2（不考虑溶液体积的变化）．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）①依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
②依据化学反应速率是用单位时间内物质浓度的变化计算，平衡常数是利用平衡状态生成物物质的浓度的幂次方乘积除以反应物平衡浓度的幂次方乘积计算得到；
③容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为3：1：1，平衡向逆反应方向移动，升温平衡向吸热反应方向进行；
④依据影响化学平衡的因素和平衡移动原理分析判断；
（3）由原电池总反应可知，原电池工作时Al被氧化，应为电池的负极，电极反应为Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，Ag₂O被还原，应为原电池的正极，电极反应式为Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-，结合电极反应式进行判断．依据电子守恒计算溶液中氢氧根离子浓度结合离子积计算氢离子浓度，计算溶液pH．

解答 解：（1）①a、2Al₂O₃（s）+2AlCl₃（g）+6C（s）═6AlCl（g）+6CO（g）△H=a kJ•mol^-1
b、3AlCl（g）═2Al（l）+AlCl₃（g）△H=b kJ•mol^-1
依据盖斯定律a÷2+b得到：Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g）△H=（0.5a+b）kJ/mol；
故答案为：0.5a+b；
（2）①0～10min内，NO的平均反应速率v（NO）=$\frac{1.00mol/L-0.68mol/L}{10min}$=0.032mol•L^-1•min^-1；C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），平衡浓度c（N₂）=0.25mol/L；c（CO₂）=0.25mol/L；c（NO）=0.5mol/L；反应的平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.25×0.25}{0．{5}^{2}}$=0.25；
故答案为：0.032mol•L^-1•min^-1；0.25；
②30min后，根据图表数据得改变条件后的平衡常数计算K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.3×0.3}{0．{6}^{2}}$=0.25，平衡常数保持不变，说明改变的条件一定不是温度；依据数据分析，NO、N₂、CO₂的浓度均增大；
a．通入一定量的NO，NO、N₂、CO₂的浓度均增大，故a正确；
b．加入一定量的活性炭，碳是固体对平衡无影响，NO、N₂、CO₂的浓度均不变，故b错误；
c．加入合适的催化剂，催化剂只改变化学反应速率，NO、N₂、CO₂的浓度均不变，故C错误；
d．适当缩小容器的体积，NO、N₂、CO₂的浓度均增大，故d正确；
故答案为：ad；
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为3：1：1，平衡向逆反应方向移动，说明逆反应是吸热反应，则正反应是放热反应，故选＜；
故答案为：＜；        
④恒容条件下，体积不变． a、无论反应是否达到平衡状态，单位时间内生成2n mol NO（g）的同时消耗n mol CO₂（g），故a错误；
b、该反应是放热反应，所以反应体系的温度随着反应的移动而改变，当平衡时，反应体系的温度不变，故b正确；
C、反应中有固体参加，反应前后气体的质量不等，所以当反应达到平衡时，混合气体的密度不再变化，故c正确；
d、无论反应是否达到平衡状态，压强始终不变，故d错误．
故答案为：bc；
（3）正极上氧化银得电子和水反应生成银和氢氧根离子，电极反应式为：Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-；根据反应中得失电子数相等计算，消耗27mg Al失去电子0.003mol，则需要氢氧根离子的物质的量=0.003mol，溶液中增加氢离子物质的量为0.003mol，则溶液中氢离子的浓度=$\frac{0.003mol}{0.3L}$=0.01mol/L，pH=-lg0.01mol/L=2．
故答案为：Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-；2．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡的影响因素分析化学平衡移动原理的应用，平衡常数计算判断，原电池原理和电极反应书写方法和电子转移守恒计算，题目难度中等．