Question

6．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=akJ•mol^-1
3AlCl（g）═2Al（l）+AlCl₃（g）△H=bkJ•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=QkJ•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-1）	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，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ad（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在絕熱恒容條件下，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bcd（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
d．反應(yīng)體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生改變．

Answer 1

分析 （1）已知：①2Al₂O₃（s）+2AlCl₃（g）+6C（s）═6AlCl（g）+6CO（g）△H=akJ•mol^-1
②3AlCl（g）═2Al（l）+AlCl₃（g）△H=bkJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{1}{2}$+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=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
②30min后，只改變某一條件，40minNO、N₂、CO₂的濃度均增大，均變?yōu)?0min時(shí)的1.2倍，平衡不移動(dòng)，應(yīng)是縮小體積或適當(dāng)加入一定量的NO；
③30minNO、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)；
④可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達(dá)平衡．

解答 解：（1）已知：①2Al₂O₃（s）+2AlCl₃（g）+6C（s）═6AlCl（g）+6CO（g）△H=akJ•mol^-1
②3AlCl（g）═2Al（l）+AlCl₃（g）△H=bkJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{1}{2}$+②可得：Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g），故△H=（0.5a+b）kJ•mol^-1，
故答案為：（0.5a+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=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.25×0.25}{0．{5}^{2}}$=0.25，
故答案為：0.032 mol•L^-1•min^-1；0.25；
②30min后，只改變某一條件，40minNO、N₂、CO₂的濃度均增大，均變?yōu)?0min時(shí)的1.2倍，平衡不移動(dòng)，應(yīng)是適當(dāng)縮小體積或適當(dāng)加入一定量的NO，故選：ad；
③30minNO、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：＜；
④a．單位時(shí)間內(nèi)生成2nmol NO（g）的同時(shí)消耗nmol CO₂（g），均表示逆反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進(jìn)行，故a錯(cuò)誤；
b．絕熱條件下，反應(yīng)體系的溫度不再發(fā)生改變，說明各組分物質(zhì)的量不變，反應(yīng)到達(dá)平衡，故b正確；
c．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總質(zhì)量增大，容器的容積不變，混合氣體的密度增大，當(dāng)混合氣體密度不再發(fā)生改變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故c正確；
d．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總質(zhì)量增大，則總物質(zhì)的量增大，絕熱恒容下，容器內(nèi)壓強(qiáng)變化，反應(yīng)體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生改變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故d正確，
故選：bcd．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、反應(yīng)熱計(jì)算等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．