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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·mol1

3AlCl(g) =2Al(l)+AlCl3(g)  △H=b kJ·mol1

反应Al2O3(s)+3C(s)=2Al(l)+3CO(g)的△H=      kJ·mol1(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·mol1。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)。

 

【答案】

(15分)(1)0.5a+b(2分)  (2)①0.032mol·L1·min1 (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·mol1、②3AlCl(g) =2Al(l)+AlCl3(g)  △H=b kJ·mol1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

 

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相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

(2013?青岛一模)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=
0.5a+b
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=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)=
0.032mol?L-1?min-1
0.032mol?L-1?min-1
,T1℃时,该反应的平衡常数K=
0.25
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
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
bc
bc
(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
(3)铝电池性能优越,Al-Ag2O电池可用作水下动力电源,其原理如图所示:请写出该电池正极反应式
Ag 2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
Ag 2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
;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=
2
2
 (不考虑溶液体积的变化).

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

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作用.
(1)真空碳热还原一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在恒容绝热条件下,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.

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科目:高中化学 来源:青海一模 题型:问答题

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
(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).
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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

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)
1020304050
NO1.000.680.500.500.600.60
N20.160.250.250.300.30
CO20.160.250.250.300.30
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
(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).

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