Question

8．碳、氮和鋁的單質及其化合物在工農業生產和生活中有重要的作用．
（1）真空碳熱還原-氯化法可實現由鋁礦制備金屬鋁，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=0.5a+b kJ•mol^-1（用含a、b的代數式表示）；
（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，NO的平均反應速率v（NO）=0.032mol•L^-1•min^-1，T₁℃時，該反應的平衡常數K=0.25；
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，根據上表中的數據判斷改變的條件可能是a d（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的依據是b、c（填選項編號）．
a．單位時間內生成2nmol NO（g）的同時消耗nmol CO₂（g）
b．反應體系的溫度不再發生改變
c．混合氣體的密度不再發生改變
d．反應體系的壓強不再發生改變
（3）鋁電池性能優越，Al-Ag₂O電池可用作水下動力電源，其原理如圖所示：請寫出該電池正極反應式Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-；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=2（不考慮溶液體積的變化）．

Answer 1

分析 （1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到對應反應的焓變；
（2）①依據平衡常數是利用平衡狀態生成物物質的濃度的冪次方乘積除以反應物平衡濃度的冪次方乘積計算得到；
②反應前后是氣體體積不變的反應，圖表數據分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大，說明改變的條件是縮小體積增大濃度，或加入一氧化氮達到新平衡后個物質濃度增大；
③容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為3：1：1，平衡向逆反應方向移動，升溫平衡向吸熱反應方向進行；
④依據影響化學平衡的因素和平衡移動原理分析判斷；
（3）由原電池總反應可知，原電池工作時Al被氧化，應為電池的負極，電極反應為Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，AgO被還原，應為原電池的正極，電極反應式為Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-，結合電極反應式進行判斷．依據電子守恒計算溶液中氫氧根離子濃度結合離子積計算氫離子濃度，計算溶液PH．

解答 解：（1）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
依據蓋斯定律①×3+②×6得到：6Al₂O₃（s）+18C（s）=12Al（l）+18CO（g）△H=（3a+6b）KJ/mol，即Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）△H=（0.5a+b）KJ/mol，
故答案為：0.5a+b；
（2）①化學平衡三段式列式計算平衡濃度：
C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
起始量（mol/L） 1 0 0
變化量（mol/L） 0.5 0.25 0.25
平衡量（mol/L） 0.5 0.25 0.25
K=$\frac{0.25mol/L×0.25mol/L}{（0.5mol/L）{\;}^{2}}$=0.25，
故答案為：0.25；
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，圖表數據分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大；
a．通入一定量的NO，反應正向進行，達到平衡后一氧化氮、氮氣、二氧化碳濃度增大，故a符合；
b．加入一定量的活性炭是固體，對平衡無影響，故b不符合；
c．加入合適的催化劑，只能改變化學反應速率，不能改變平衡，濃度不變，故c不符合；
d．適當縮小容器的體積，反應前后是氣體體積不變的反應，平衡不動，但個物質濃度增大，符合要求，故d符合；
故答案為：a d；
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，平衡向逆反應方向移動，說明逆反應是吸熱反應，則正反應是放熱反應，故選＜；
故答案為：＜；
④恒容條件下，體積不變． a、無論反應是否達到平衡狀態，單位時間內生成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、反應中有固體參加，反應前后氣體的質量不等，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、無論反應是否達到平衡狀態，壓強始終不變，故d錯誤．
故答案為：bc；
（3）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：Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-；根據反應中得失電子數相等計算，消耗27mg Al失去電子0.003mol，則需要氫氧根離子的物質的量=0.003mol，溶液中增加氫離子物質的量為0.003mol，則溶液中氫離子的濃度=$\frac{0.003mol}{0.3L}$=0.01mol/L，pH=-lg0.01mol/L=2．
故答案為：Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-；2

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡的影響因素分析化學平衡移動原理的應用，平衡常數計算判斷，原電池原理和電極反應書寫方法和電子轉移守恒計算，題目難度中等．