Question

6．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=akJ•mol^-1
3AlCl（g）═2Al（l）+AlCl₃（g）△H=bkJ•mol^-1
反应Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g）的△H=（0.5a+b）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=QkJ•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-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内，NO的平均反应速率v（NO）=0.032 mol•L^-1•min^-1，T₁℃时，该反应的平衡常数K=0.25；
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ad（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在绝热恒容条件下，能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是bcd（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．

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
根据盖斯定律，①×$\frac{1}{2}$+②可得：Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g）；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO）；
20min处于平衡常数，平衡时NO浓度为0.5mol/L，N₂、CO₂的浓度均为0.25mol/L，代入K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$计算平衡常数；
②30min后，只改变某一条件，40minNO、N₂、CO₂的浓度均增大，均变为30min时的1.2倍，平衡不移动，应是缩小体积或适当加入一定量的NO；
③30minNO、N₂、CO₂的浓度之比为2：1：1，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，则升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应；
④可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡．

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
根据盖斯定律，①×$\frac{1}{2}$+②可得：Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g），故△H=（0.5a+b）kJ•mol^-1，
故答案为：（0.5a+b）；
（2）①0～10min内，NO的浓度变化量为（1-0.68）mol/L=0.32mol/L，则v（NO）=$\frac{0.32mol/L}{10min}$=0.032 mol•L^-1•min^-1；
20min处于平衡常数，平衡时NO浓度为0.5mol/L，N₂、CO₂的浓度均为0.25mol/L，T₁℃时，该反应的平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.25×0.25}{0．{5}^{2}}$=0.25，
故答案为：0.032 mol•L^-1•min^-1；0.25；
②30min后，只改变某一条件，40minNO、N₂、CO₂的浓度均增大，均变为30min时的1.2倍，平衡不移动，应是适当缩小体积或适当加入一定量的NO，故选：ad；
③30minNO、N₂、CO₂的浓度之比为2：1：1，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，则升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，故△H＜0，故答案为：＜；
④a．单位时间内生成2nmol NO（g）的同时消耗nmol CO₂（g），均表示逆反应速率，反应始终按该比例关系进行，故a错误；
b．绝热条件下，反应体系的温度不再发生改变，说明各组分物质的量不变，反应到达平衡，故b正确；
c．随反应进行混合气体总质量增大，容器的容积不变，混合气体的密度增大，当混合气体密度不再发生改变，说明反应到达平衡，故c正确；
d．随反应进行混合气体总质量增大，则总物质的量增大，绝热恒容下，容器内压强变化，反应体系的压强不再发生改变，说明反应到达平衡，故d正确，
故选：bcd．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡状态判断、反应热计算等，是对学生综合能力的考查，难度中等．