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=a kJ·mol-1
3AlCl(g) =2Al(l)+AlCl3(g) △H=b kJ·mol-1
反应Al2O3(s)+3C(s)=2Al(l)+3CO(g)的△H= 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=Q kJ·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) |
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)= ,T1℃时,该反应的平衡常数K= ;
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 (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 (填选项编号)。
a.单位时间内生成2n mol NO(g)的同时消耗n mol 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
(3)铝电池性能优越,Al—Ag2O电池可用作水下动力电源,其原理如下图所示:
请写出该电池正极反应式 ;常温下,用该化学电源和惰性电极电解300ml硫酸铜溶液(过量),消耗27mg Al,则电解后溶液的pH= (不考虑溶液体积的变化)。
(15分)(1)0.5a+b(2分) (2)①0.032mol·L-1·min-1 (1分), 0.25 (2分);
② ad(2分,选对一个给1分,错选不给分); ③<(2分);
④bc(2分,选对一个给1分,错选不给分);(3)Ag 2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-(2分); 2(2分)
【解析】
试题分析:(1)根据反应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并依据盖斯定律可知,①÷2+②即得到反应A Al2O3(s)+3C(s)=2Al(l)+3CO(g),所以该反应的△H=(0.5a+b)KJ/mol。
(2)①根据表中数据可知,0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)==0.032mol•L-1•min-1;根据表中数据可知,反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)的平衡浓度c(N2)=0.25mol/L;c(CO2)=0.25mol/L;c(NO)=0.5mol/L,所以该反应的平衡常数K===0.25。
②30min后,只改变某一条件,反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)重新达到平衡。依据图表数据分析,平衡状态物质浓度增大,依据平衡常数计算K===0.25。由于平衡常数随温度变化,平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度;依据数据分析,氮气浓度增大,二氧化碳和一氧化氮浓度增大,反应前后气体体积不变,所以可能是减小容器体积后加入一定量一氧化氮。
a.通入一定量的NO,新平衡状态下物质平衡浓度增大,故a正确;
b.加入一定量的活性炭,碳是固体对平衡无影响,平衡不动,故b错误;
c.加入合适的催化剂,催化剂只改变化学反应速率,不改变化学平衡,故C错误;
d.适当缩小容器的体积,反应前后体积不变,平衡状态物质浓度增大,故d;
因此正确的答案为ad。
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,这说明升高温度平衡向逆反应方向移动,因此逆反应是吸热反应,则正反应是放热反应,故Q<0。
④在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态。恒容条件下,体积不变。
a、无论反应是否达到平衡状态,单位时间内生成2n mol NO(g)的同时消耗n mol CO2(g),故a错误;
b、该反应是放热反应,所以反应体系的温度随着反应的移动而改变,当平衡时,反应体系的温度不变,故b正确;
C、密度是混合气的质量和容器容积的比值,反应中有固体参加,反应前后气体的质量不等,所以当反应达到平衡时,混合气体的密度不再变化,故c正确;
d、反应前后体积不变,所以无论反应是否达到平衡状态,压强始终不变,故d错误,答案选bc。
(3)原电池中较活泼的金属是负极,失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极,所以溶液中的阳离子向正极移动,正极得到电子,发生还原反应。所以根据装置图可知,负极是铝,失去电子。正极上氧化银得电子和水反应生成银和氢氧根离子,电极反应式为Ag 2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-;根据反应中得失电子数相等计算,消耗27mg Al失去电子是×3=0.003mol。所以根据反应式2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑可知,反应中生成氢离子的物质的量=0.003mol,所以溶液中氢离子物质的量的浓度=0.003mol÷0.3L=0.01mol/L,所以pH=-lg0.01=2。
考点:考查反应热、反应速率和平衡常数的计算;外界条件对平衡状态的影响以及平衡状态的判断;电化学原理的有关应用以及pH的有关计算等
科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解
时间(min) 浓度(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 |
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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解
时间(min) 浓度(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 |
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科目:高中化学 来源:青海一模 题型:问答题
时间(min) 浓度(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 |
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科目:高中化学 来源:2013年山东省青海市高考化学一模试卷(解析版) 题型:解答题
时间(min) 浓度(mol/L) | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | |
NO | 1.00 | 0.68 | 0.50 | 0.50 | 0.60 | 0.60 |
N2 | 0.16 | 0.25 | 0.25 | 0.30 | 0.30 | |
CO2 | 0.16 | 0.25 | 0.25 | 0.30 | 0.30 |
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