Question

碳、氮和鋁的單質(zhì)及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中有重要作用．
（1）真空碳熱還原一氯化法可實(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=

 

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(cè)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）=

 

，T₁℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

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

 

 （填字母編號(hào)）
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在恒容絕熱條件下，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

 

 （填選項(xiàng)編號(hào)）
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．

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(duì)應(yīng)反應(yīng)的焓變；
（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=

△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(shuō)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若30min后容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為2：1；1，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，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，逆反應(yīng)方向是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
④恒容絕熱條件下，反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志依據(jù)“變量不變”方向判斷，正逆反應(yīng)速率相同，個(gè)組分含量保持不變；

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=

a+2b

2

KJ/mol；
故答案為：

a+2b

2

；
（2）①分析圖表數(shù)據(jù)，0～10min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率v（NO）=

1mol/L-0.68mol/L

10min

=0.032 mol/（L?min），；
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=

0.25×0.25

0．52

=0.25mol/L；
故答案為：0.032 mol/（L?min），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)�，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(duì)平衡無(wú)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，達(dá)到平衡時(shí)容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比2：1：1，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，所以平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)Q＜0；
故答案為：＜；
④在恒容絕熱條件下，能判斷該反應(yīng)一定達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是正逆反應(yīng)速率相同，個(gè)組分含量不變，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
a．單位時(shí)間內(nèi)生成2nmol NO（g）的同時(shí)消耗nmol CO₂（g），說(shuō)明反應(yīng)逆向進(jìn)行，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a不符合；
b．恒容絕熱條件下，反應(yīng)體系的溫度不再發(fā)生改變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正逆反應(yīng)速率相同，熱量不變，故b符合；
c．碳是固體．當(dāng)平衡發(fā)生移動(dòng)，氣體質(zhì)量會(huì)發(fā)生變化，容器體積不變，所以混合氣體的密度不再發(fā)生改變可以說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c符合；
故答案為：b c；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡常數(shù)和反應(yīng)速率概念計(jì)算應(yīng)用，平衡標(biāo)志的分析判斷，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．