Question

【题目】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用途．

（1）真空碳热还原一氧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：

Al2O3（s）+AlC13（g）+3C（s）═3AlCl（g）+3CO（g）△H=a　kJmol﹣1

3AlCl（g）═2Al（l）+AlC13（g）△H=b　kJmol﹣1

用含a、b的代数式表示反应：Al2O3（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）的△H=_____kJmol﹣1．

（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　kJmol﹣1．在T1℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下（时间单位为min,浓度单位为mol/L）：

	0	10	20	30
NO	1.00	0.68	0.50	0.50
N2	0	0.16	0.25	0.25
CO2	0	0.16	0.25	0.25

①0～10min内，NO的平均反应速率v（NO）=_____，T1℃时，该反应的平衡常数K=_____．

②30min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“═”）

③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_____　（填选项编号）．

a．单位时间内生成2nmolNO（g）的同时消耗nmolCO2（g）

b．反应体系的压强不再发生改变

c．混合气体的密度保持不变

d．混合气体的平均相对分子质量保持不变

④若保持与上述反应前30min的反应条件不变，起始时NO的浓度为2.50mol/L，则反应平衡时c（NO）=_____mol/L．NO的转化率_____（填“增大”、“减小”或“不变”）．

（3）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题，将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的．如图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图．电极b表面发生的电极反应式为_____．

Answer 1

【答案】 a+b 0.032 molL﹣1min﹣1 0.25 ＜ cd 1.25 不变 CO2+2H++2e﹣=HCOOH

【解析】试题分析：（1）①Al2O3（s）+AlC13（g）+3C（s）═3AlCl（g）+3CO（g）△H=a　kJmol﹣1；②3AlCl（g）═2Al（l）+AlC13（g）△H=b　kJmol﹣1，①+②得：Al2O3（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g），所以△H=（a+b） kJmol﹣1．

（2）某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，发生反应在T1℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

	0	10	20	30
NO	1.00	0.68	0.50	0.50
N2	0	0.16	0.25	0.25
CO2	0	0.16	0.25	0.25

①0～10min内，NO的平均反应速率v（NO）= 0.032 molL﹣1min﹣1，由表中数据可知，T1℃时，C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）在20min达到平衡，该反应的平衡常数K=0.25．

②由表中数据可知，T1℃NO、N2、CO2的平衡浓度之比为2:1:1，30mi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，说明升高温度该平衡向逆反应方向移动，所以该反应为放热反应， Q＜ 0。

③在恒容条件下，a．单位时间内生成2nmolNO（g）的同时消耗nmolCO2（g），不能说明正反应速率和逆反应速率相等，无法判断是否达到平衡；b．反应前后气体的分子数不变，反应体系的压强一直不发生改变，所以反应体系的压强不再发生改变不能说明反应达到平衡；c．正反应有固体变为气体，所以混合气体的密度会变大 ，当混合气体密度保持不变时达到平衡；d．混合气体的平均相对分子质量是个变量，当混合气体的平均相对分子质量保持不变时达到平衡。所以能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是cd．

④若保持与上述反应前30min的反应条件不变，起始时NO的浓度为2.50mol/L，

C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）

起始量（mol/L） 2.50 0 0

变化量（mol/L） 2x x x

平衡量（mol/L） 2.50-2x x x

K=，解之得x= ，则反应达平衡时c（NO）=mol/L．转化率问题，相当于在原平衡的基础上增大压强，因为反应前后气体分子数不变，平衡不移动，所以NO的转化率不变．

（3）由原理示意图可知，a电极上发生氧化反应，b电极上发生还原反应。总反应为2CO2+2H2O=2HCOOH+O2，由于使用的是质子交换膜（只允许H+通过），所以a极上发生2H2O-4e- =4H++O2，电极b表面发生的电极反应式为CO2+2H++2e﹣=HCOOH．