Question

8．碳、氮和鋁的單質(zhì)及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中有重要的作用．
（1）真空碳熱還原-氯化法可實(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：
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(yīng)Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g）的△H=0.5a+b kJ•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：

時(shí)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(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(dāng)縮小容器的體積
③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Q＜0（填“＞”或“＜”）．
④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b、c（填選項(xiàng)編號）．
a．單位時(shí)間內(nèi)生成2nmol NO（g）的同時(shí)消耗nmol CO₂（g）
b．反應(yīng)體系的溫度不再發(fā)生改變
c．混合氣體的密度不再發(fā)生改變
d．反應(yīng)體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生改變
（3）鋁電池性能優(yōu)越，Al-Ag₂O電池可用作水下動(dòng)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(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到對應(yīng)反應(yīng)的焓變；
（2）①依據(jù)平衡常數(shù)是利用平衡狀態(tài)生成物物質(zhì)的濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度的冪次方乘積計(jì)算得到；
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容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為3：1：1，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，升溫平衡向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行；
④依據(jù)影響化學(xué)平衡的因素和平衡移動(dòng)原理分析判斷；
（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，AgO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）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(jù)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(xué)平衡三段式列式計(jì)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(yīng)重新達(dá)到平衡，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮?dú)猓�二氧化碳濃度都增大�?br />a．通入一定量的NO，反應(yīng)正向進(jìn)行，達(dá)到平衡后一氧化氮、氮?dú)�、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(xué)反應(yīng)速率，不能改變平衡，濃度不變，故c不符合；
d．適當(dāng)縮小容器的體積，反應(yīng)前后是氣體體積不變的反應(yīng)，平衡不動(dòng)，但個(gè)物質(zhì)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(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為3：1：1，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，說明逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故選＜；
故答案為：＜；
④恒容條件下，體積不變． a、無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，單位時(shí)間內(nèi)生成2n mol NO（g）的同時(shí)消耗n mol CO₂（g），故a錯(cuò)誤；
b、該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)體系的溫度隨著反應(yīng)的移動(dòng)而改變，當(dāng)平衡時(shí)，反應(yīng)體系的溫度不變，故b正確；
C、反應(yīng)中有固體參加，反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不等，所以當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，混合氣體的密度不再變化，故c正確；
d、無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，壓強(qiáng)始終不變，故d錯(cuò)誤．
故答案為：bc；
（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(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)書寫方法和電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算，題目難度中等．