问题 问答题

碳、氮和铝的单质及其化合物在工农业生产和生活中有重要的作用.

(1)真空碳热还原-氯化法可实现由铝矿制备金属铝,其相关的热化学方程式如下:

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

反应Al2O3(s)+3C(s)═2Al(l)+3CO(g)的△H=______kJ•mol-1(用含a、b的代数式表示);

(2)用活性炭还原法可以处理氮氧化物.某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g)△H=Q kJ•mol-1.在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:

              时间(min)

浓度(mol/L)

01020304050
NO1.000.680.500.500.600.60
N200.160.250.250.300.30
CO200.160.250.250.300.30
①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)=______,T1℃时,该反应的平衡常数K=______;

②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是______ (填字母编号).

a.通入一定量的NO            b.加入一定量的活性炭

c.加入合适的催化剂           d.适当缩小容器的体积

③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,则Q______0(填“>”或“<”).

④在恒容条件下,能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是______(填选项编号).

a.单位时间内生成2nmol NO(g)的同时消耗nmol CO2(g)

b.反应体系的温度不再发生改变

c.混合气体的密度不再发生改变

d.反应体系的压强不再发生改变

(3)铝电池性能优越,Al-Ag2O电池可用作水下动力电源,其原理如图所示:请写出该电池正极反应式______;常温下,用该化学电源和惰性电极电解300ml硫酸铜溶液(过量),消耗27mg Al,则电解后溶液的pH=______ (不考虑溶液体积的变化).

答案

(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

依据盖斯定律a÷2+b得到:Al2O3(s)+3C(s)═2Al(l)+3CO(g)△H=0.5a+bKJ/mol;

故答案为:0.5a+b;

(2)①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)=

1.00mol/L-0.68mol/L
10min
=0.032mol•L-1•min-1;C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g),平衡浓度c(N2)=0.25mol/L;c(CO2)=0.25mol/L;c(NO)=0.5mol/L;反应的平衡常数K=
c(N2)c(CO2)
c2(NO)
=
0.25×0.25
0.52
=0.25;

故答案为:0.032mol•L-1•min-1,0.25;

②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g),依据图表数据分析,平衡状态物质浓度增大,依据平衡常数计算K=

c(N2)c(CO2)
c2(NO)
=
0.3×0.3
0.62
=0.25,平衡常数随温度变化,平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度;依据数据分析,氮气浓度增大,二氧化碳和一氧化氮浓度增大,反应前后气体体积不变,所以可能是减小溶液体积后加入一定量一氧化氮;

a.通入一定量的NO,新平衡状态下物质平衡浓度增大,故a正确;

b.加入一定量的活性炭,碳是固体对平衡无影响,平衡不动,故b错误;

c.加入合适的催化剂,催化剂只改变化学反应速率,不改变化学平衡,故C错误;

d.适当缩小容器的体积,反应前后体积不变,平衡状态物质浓度增大,故d;

故答案为:ad;

③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,平衡向逆反应方向移动,说明逆反应是吸热反应,则正反应是放热反应,故选<;

故答案为:<;        

④恒容条件下,体积不变. a、无论反应是否达到平衡状态,单位时间内生成2n mol NO(g)的同时消耗n mol CO2(g),故a错误;

b、该反应是放热反应,所以反应体系的温度随着反应的移动而改变,当平衡时,反应体系的温度不变,故b正确;

C、反应中有固体参加,反应前后气体的质量不等,所以当反应达到平衡时,混合气体的密度不再变化,故c正确;

d、无论反应是否达到平衡状态,压强始终不变,故d错误.

故答案为:bc;

(3)正极上氧化银得电子和水反应生成银和氢氧根离子,电极反应式为:Ag 2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-;根据反应中得失电子数相等计算,消耗27mg Al失去电子0.003mol,则需要氢氧根离子的物质的量=0.003mol,溶液中增加氢离子物质的量为0.003mol,则溶液中氢离子的浓度=

0.003mol
0.3mol
=0.01mol/L,PH=-lg0.01mol/L=2;

故答案为:Ag 2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-;  2;

单项选择题
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