Question

8．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）真空碳熱還原一氧化法可實(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）+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(yīng)：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(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(cè)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）=0.032 mol•L^-1•min^-1，T₁℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.25．
②30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，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(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(hào)）．
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(duì)分子質(zhì)量保持不變
④若保持與上述反應(yīng)前30min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）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達(dá)到低碳排放的目的．如圖是通過(guò)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(yīng)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(jì)算v（NO）；
20min處于平衡常數(shù)，平衡時(shí)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(jì)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(dá)到平衡時(shí)，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(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
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(shuō)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(duì)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(dòng)，NO的轉(zhuǎn)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(shí)NO濃度為0.5mol/L，N₂、CO₂的濃度均為0.25mol/L，T₁℃時(shí)，該反應(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：0.032 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(dá)到平衡時(shí)，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(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故△H＜0，故答案為：＜；
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(shuō)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(duì)分子質(zhì)量一直在變，則當(dāng)合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變，能說(shuō)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(duì)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(dòng)，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：1.25；不變；
（3）b為正極，是二氧化碳得到電子生成甲酸，電極反應(yīng)為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
故答案為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．

點(diǎn)評(píng) 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(dòng)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(shū)寫(xiě)方法，題目難度中等．