Question

【題目】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　kJmol﹣1

3AlCl（g）═2Al（l）+AlC13（g）△H=b　kJmol﹣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=_____kJmol﹣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　kJmol﹣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)間單位為min,濃度單位為mol/L）：

	0	10	20	30
NO	1.00	0.68	0.50	0.50
N2	0	0.16	0.25	0.25
CO2	0	0.16	0.25	0.25

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_____�。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)平衡時(shí)c（NO）=_____mol/L．NO的轉(zhuǎn)化率_____（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_____．

Answer 1

【答案】 a+b 0.032 molL﹣1min﹣1 0.25 ＜ cd 1.25 不變 CO2+2H++2e﹣=HCOOH

【解析】試題分析：（1）①Al2O3（s）+AlC13（g）+3C（s）═3AlCl（g）+3CO（g）△H=a　kJmol﹣1；②3AlCl（g）═2Al（l）+AlC13（g）△H=b　kJmol﹣1，①+②得：Al2O3（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g），所以△H=（a+b） kJmol﹣1．

（2）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)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
NO	1.00	0.68	0.50	0.50
N2	0	0.16	0.25	0.25
CO2	0	0.16	0.25	0.25

①0～10min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率v（NO）= 0.032 molL﹣1min﹣1，由表中數(shù)據(jù)可知，T1℃時(shí)，C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）在20min達(dá)到平衡，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.25．

②由表中數(shù)據(jù)可知，T1℃NO、N2、CO2的平衡濃度之比為2:1:1，30mi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，說明升高溫度該平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以該反應(yīng)為放熱反應(yīng)， Q＜ 0。

③在恒容條件下，a．單位時(shí)間內(nèi)生成2nmolNO（g）的同時(shí)消耗nmolCO2（g），不能說明正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡；b．反應(yīng)前后氣體的分子數(shù)不變，反應(yīng)體系的壓強(qiáng)一直不發(fā)生改變，所以反應(yīng)體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生改變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡；c．正反應(yīng)有固體變?yōu)闅怏w，所以混合氣體的密度會(huì)變大 ，當(dāng)混合氣體密度保持不變時(shí)達(dá)到平衡；d．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量是個(gè)變量，當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變時(shí)達(dá)到平衡。所以能判斷該反應(yīng)一定達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是cd．

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，

C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）

起始量（mol/L） 2.50 0 0

變化量（mol/L） 2x x x

平衡量（mol/L） 2.50-2x x x

K=，解之得x= ，則反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)c（NO）=mol/L．轉(zhuǎn)化率問題，相當(dāng)于在原平衡的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，因?yàn)榉磻?yīng)前后氣體分子數(shù)不變，平衡不移動(dòng)，所以NO的轉(zhuǎn)化率不變．

（3）由原理示意圖可知，a電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，b電極上發(fā)生還原反應(yīng)�？偡磻�(yīng)為2CO2+2H2O=2HCOOH+O2，由于使用的是質(zhì)子交換膜（只允許H+通過），所以a極上發(fā)生2H2O-4e- =4H++O2，電極b表面發(fā)生的電極反應(yīng)式為CO2+2H++2e﹣=HCOOH．