Question

14．碳、氮和鋁的單質(zhì)及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中有重要用途．
（1）真空碳熱還原-氧化法可實(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：
Al₂O₃（s）+AlCl₃（g）+3C（s）═3AlCl（g）+3CO（g）△H=akJ•mol^-1
3AlCl（g）═2Al（l）+AlCl₃（g）△H=bkJ•mol^-1
反應(yīng)Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g）的△H=a+bkJ•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)間測得各物質(zhì)的濃度如下：

	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）=0.032mol•L^-1•min^-1，T₁℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.25．
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ae（填字母編號）．
a．通入一定量的NO　　　  b．通入一定量的N₂       c．適當(dāng)升高反應(yīng)體系的溫度
d．加入合適的催化劑　　  e．適當(dāng)縮小容器的體積
③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cd�。ㄌ钸x項(xiàng)編號）．
a．單位時(shí)間內(nèi)生成2nmolNO（g）的同時(shí)消耗nmolCO₂（g）
b．反應(yīng)體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生改變
c．混合氣體的密度保持不變
d．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
④若保持與上述反應(yīng)前3Omin的反應(yīng)條件不變，起始時(shí)NO的濃度為2.50mol/L，則反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)c（NO）=1.25mol/L．NO的轉(zhuǎn)化率不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）鋁電池性能優(yōu)越，Al-Ag₂O電池可用作水下動力電源，其原理如圖所示
請寫出該電池正極反應(yīng)式Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-；常溫下，用該化學(xué)電源和惰性電極電解300mL硫酸銅溶液（過量），消耗27mgAl，則電解后溶液的pH=2（不考慮溶液體積的變化）．

Answer 1

分析 （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
依據(jù)蓋斯定律a+b計(jì)算得到；
（2）①分析圖表數(shù)據(jù)結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算v=$\frac{△c}{△t}$，計(jì)算平衡濃度結(jié)合平衡常數(shù)概念是生成物濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物的冪次方乘積得到；
②反應(yīng)前后是氣體體積不變的反應(yīng)，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮?dú)�，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(dá)到新平衡后個(gè)物質(zhì)濃度增大；
③當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，據(jù)此解答，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
④若保持與上述反應(yīng)前3Omin的反應(yīng)條件不變，起始時(shí)NO的濃度為2.50mol/L，相對于增大壓強(qiáng)，又反應(yīng)前后的系數(shù)不變，所以平衡不移動，NO的轉(zhuǎn)化率不變；
（3）由原電池總反應(yīng)可知，原電池工作時(shí)Al被氧化，應(yīng)為電池的負(fù)極，電極反應(yīng)為Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，Ag₂O被還原，應(yīng)為原電池的正極，電極反應(yīng)式為Ag₂O+2e^-+H₂O=2Ag+2OH^-，結(jié)合電極反應(yīng)式進(jìn)行判斷．依據(jù)電子守恒計(jì)算溶液中氫氧根離子濃度結(jié)合離子積計(jì)算氫離子濃度，計(jì)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
依據(jù)蓋斯定律a+b得到：Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g）△H=（a+b）kJ/mol；
故答案為：a+b；
（2）①0～10min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)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），平衡濃度c（N₂）=0.25mol/L；c（CO₂）=0.25mol/L；c（NO）=0.5mol/L；反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{\;}_{2}）c（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（NO）}$=$\frac{0.25×0.25}{0.5{\;}^{2}}$=0.25；
故答案為：0.032mol•L^-1•min^-1，0.25；
②30min后，根據(jù)圖表數(shù)據(jù)得改變條件后的平衡常數(shù)計(jì)算K=$\frac{c（N{\;}_{2}）c（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（NO）}$=$\frac{0.3×0.3}{0.6{\;}^{2}}$=0.25，平衡常數(shù)保持不變，說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，NO、N₂、CO₂的濃度均增大；
a．通入一定量的NO，反應(yīng)正向移動，NO、N₂、CO₂的濃度均增大，故a正確；
b．通入一定量的N₂，反應(yīng)逆向移動，NO、N₂的濃度增大，CO₂的濃度減小，故b錯(cuò)誤；
c．因?yàn)槠胶獬��?shù)保持不變，說明改變的條件一定不是溫度，故c錯(cuò)誤；
d．加入合適的催化劑，催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)速率，NO、N₂、CO₂的濃度均不變，故d錯(cuò)誤；
e．適當(dāng)縮小容器的體積，NO、N₂、CO₂的濃度均增大，故e正確；
故答案為：ae；
③a、單位時(shí)間內(nèi)生成2n mol NO（g）的同時(shí)消耗n mol CO₂（g），都是指逆反應(yīng)方向，則不能判斷達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．該反應(yīng)前后氣體系數(shù)不變，所以反應(yīng)體系的壓強(qiáng)一直不變，則反應(yīng)體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生改變，不能判斷達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；
c．反應(yīng)中有固體參加，反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量在變，而體積不變，所以混合氣體的密度一直在變，則當(dāng)混合氣體的密度保持不變，能說明達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故c正確；
d．反應(yīng)中有固體參加，反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量在變，而反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量一直在變，則當(dāng)合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變，能說明達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：cd；
④若保持與上述反應(yīng)前3Omin的反應(yīng)條件不變，起始時(shí)NO的濃度為2.50mol/L，相對于增大壓強(qiáng)，又反應(yīng)前后的系數(shù)不變，所以平衡不移動，NO的轉(zhuǎn)化率不變，則反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)c（NO）=2.50mol/L×$\frac{0.5}{1.0}$=1.25mol/L，故答案為：1.25mol/L；不變；
（3）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0.003mol，則需要?dú)溲醺�離子的物質(zhì)的量=0.003mol，溶液中增加氫離子物質(zhì)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(diǎn)評 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡的影響因素分析化學(xué)平衡移動原理的應(yīng)用，平衡常數(shù)計(jì)算判斷，原電池原理和電極反應(yīng)書寫方法和電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算，題目難度中等．