Question

8．碳、氮和鋁的單質及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中有重要用途．
（1）真空碳熱還原一氧化法可實現(xiàn)由鋁礦制備金屬鋁，其相關的熱化學方程式如下：
Al₂O₃（s）+AlC1₃（g）+3C（s）═3AlCl（g）+3CO（g）△H=a　kJ•mol^-1
3AlCl（g）═2Al（l）+AlC1₃（g）△H=b　kJ•mol^-1
用含a、b的代數(shù)式表示反應：Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）的△H=a+bkJ•mol^-1．
（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：

	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的平均反應速率v（NO）=0.032 mol•L^-1•min^-1，T₁℃時，該反應的平衡常數(shù)K=0.25．
②30min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“═”）
③在恒容條件下，能判斷該反應一定達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是cd�。ㄌ钸x項編號）．
a．單位時間內(nèi)生成2nmolNO（g）的同時消耗nmolCO₂（g）
b．反應體系的壓強不再發(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量保持不變
④若保持與上述反應前30min的反應條件不變，起始時NO的濃度為2.50mol/L，則反應達平衡時c（NO）=1.25mol/L．NO的轉化率不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴重的環(huán)境問題，將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達到低碳排放的目的．如圖是通過人工光合作用，以CO₂和H₂O為原料制備HCOOH和O₂的原理示意圖．電極b表面發(fā)生的電極反應式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．

Answer 1

分析 （1）已知：①Al₂O₃（s）+AlC1₃（g）+3C（s）═3AlCl（g）+3CO（g）△H=a　kJ•mol^-1
②3AlCl（g）═2Al（l）+AlCl₃（g）△H=bkJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g）；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO）；
20min處于平衡常數(shù)，平衡時NO濃度為0.5mol/L，N₂、CO₂的濃度均為0.25mol/L，代入K=$\frac{c（N{\;}_{2}）×c（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（NO）}$計算平衡常數(shù)；
②30minNO、N₂、CO₂的濃度之比為2：1：1，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，則升高溫度平衡逆向移動，正反應為放熱反應；
③當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、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，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
④若保持與上述反應前3Omin的反應條件不變，起始時NO的濃度為2.50mol/L，相對于增大壓強，又反應前后的系數(shù)不變，所以平衡不移動，NO的轉化率不變；
（3）b為正極，是二氧化碳得到電子生成甲酸，據(jù)此解答．

解答 解：（1）已知：①Al₂O₃（s）+AlC1₃（g）+3C（s）═3AlCl（g）+3CO（g）△H=a　kJ•mol^-1
②3AlCl（g）═2Al（l）+AlCl₃（g）△H=bkJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g），故△H=（a+b）kJ•mol^-1，
故答案為：a+b；
（2）①0～10min內(nèi)，NO的濃度變化量為（1-0.68）mol/L=0.32mol/L，則v（NO）=$\frac{0.32mol/L}{10min}$=0.032 mol•L^-1•min^-1；
20min處于平衡常數(shù)，平衡時NO濃度為0.5mol/L，N₂、CO₂的濃度均為0.25mol/L，T₁℃時，該反應的平衡常數(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：0.032 mol•L^-1•min^-1；0.25；
②30minNO、N₂、CO₂的濃度之比為2：1：1，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，則升高溫度平衡逆向移動，正反應為放熱反應，故△H＜0，故答案為：＜；
③a、單位時間內(nèi)生成2n mol NO（g）的同時消耗n mol CO₂（g），都是指逆反應方向，則不能判斷達到化學平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b．該反應前后氣體系數(shù)不變，所以反應體系的壓強一直不變，則反應體系的壓強不再發(fā)生改變，不能判斷達到化學平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．反應中有固體參加，反應前后氣體的質量在變，而體積不變，所以混合氣體的密度一直在變，則當混合氣體的密度保持不變，能說明達到化學平衡狀態(tài)，故c正確；
d．反應中有固體參加，反應前后氣體的質量在變，而反應前后氣體的物質的量不變，所以混合氣體的平均相對分子質量一直在變，則當合氣體的平均相對分子質量保持不變，能說明達到化學平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：cd；
④若保持與上述反應前3Omin的反應條件不變，起始時NO的濃度為2.50mol/L，相對于增大壓強，又反應前后的系數(shù)不變，所以平衡不移動，NO的轉化率不變，則反應達平衡時c（NO）=2.50mol/L×$\frac{0.5}{1.0}$=1.25mol/L，故答案為：1.25；不變；
（3）b為正極，是二氧化碳得到電子生成甲酸，電極反應為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
故答案為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．

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(shù)計算判斷，原電池原理和電極反應書寫方法，題目難度中等．