Question

碳、氮和鋁的單質及其化合物在工農業生產和生活中有重要作用．
（1）真空碳熱還原一氯化法可實現由鋁礦制備金屬鋁，其相關的熱化學方程式如下：
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Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）的△H=

 

kJ?mol^-1
（用含a、b的代數式表示）．
（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，發生反應C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；△H=Q kJ?mol^-1．在T₁℃時，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下：

時間（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，NO的平均反應速率v（NO）=

 

，T₁℃時，該反應的平衡常數K=

 

②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，根據上表中的數據判斷改變的條件可能是

 

 （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．適當縮小容器的體積
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，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，能判斷該反應一定達到化學平衡狀態的依據是

 

 （填選項編號）
a．單位時間內生成2nmol NO（g）的同時消耗nmol CO₂（g）
b．反應體系的溫度不再發生改變
c．混合氣體的密度不再發生改變．

Answer 1

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到對應反應的焓變；
（2）①分析圖表數據結合化學反應速率概念計算v=

△c

△t

，計算平衡濃度結合平衡常數概念是生成物濃度的冪次方乘積除以反應物的冪次方乘積得到；
②反應前后是氣體體積不變的反應，圖表數據分析可知一氧化氮，氮氣，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，或加入一氧化氮達到新平衡后個物質濃度增大；
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℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為3：1：1，說明平衡逆向進行，逆反應方向是吸熱反應，正反應為放熱反應；
④恒容絕熱條件下，反應達到平衡的標志依據“變量不變”方向判斷，正逆反應速率相同，個組分含量保持不變；

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分析圖表數據，0～10min內，NO的平均反應速率v（NO）=

1mol/L-0.68mol/L

10min

=0.032 mol/（L?min），；
化學平衡三段式列式計算平衡濃度：
               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，反應重新達到平衡，圖表數據分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大；
a．通入一定量的NO，反應正向進行，達到平衡后一氧化氮、氮氣、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，只能改變化學反應速率，不能改變平衡，濃度不變，故c不符合；
d．適當縮小容器的體積，反應前后是氣體體積不變的反應，平衡不動，但個物質濃度增大，符合要求，故d符合；
故答案為：a d；
③若30min后，達到平衡時容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比2：1：1，升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為3：1：1，所以平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正反應方向是放熱反應Q＜0；
故答案為：＜；
④在恒容絕熱條件下，能判斷該反應一定達到化學平衡狀態的依據是正逆反應速率相同，個組分含量不變，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
a．單位時間內生成2nmol NO（g）的同時消耗nmol CO₂（g），說明反應逆向進行，不能說明反應達到平衡狀態，故a不符合；
b．恒容絕熱條件下，反應體系的溫度不再發生改變，說明反應達到平衡狀態，正逆反應速率相同，熱量不變，故b符合；
c．碳是固體．當平衡發生移動，氣體質量會發生變化，容器體積不變，所以混合氣體的密度不再發生改變可以說明反應達到平衡狀態，故c符合；
故答案為：b c；

點評：本題考查了熱化學方程式書寫和蓋斯定律的計算應用，化學平衡常數和反應速率概念計算應用，平衡標志的分析判斷，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．