Question

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．

Answer 1

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到对应反应的焓变；
（2）①分析图表数据结合化学反应速率概念计算v=

△c

△t

，计算平衡浓度结合平衡常数概念是生成物浓度的幂次方乘积除以反应物的幂次方乘积得到；
②反应前后是气体体积不变的反应，图表数据分析可知一氧化氮，氮气，二氧化碳浓度都增大，说明改变的条件是缩小体积增大浓度，或加入一氧化氮达到新平衡后个物质浓度增大；
③若30min后容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为2：1；1，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，说明平衡逆向进行，逆反应方向是吸热反应，正反应为放热反应；
④恒容绝热条件下，反应达到平衡的标志依据“变量不变”方向判断，正逆反应速率相同，个组分含量保持不变；

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
依据盖斯定律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；
故答案为：

a+2b

2

；
（2）①分析图表数据，0～10min内，NO的平均反应速率v（NO）=

1mol/L-0.68mol/L

10min

=0.032 mol/（L?min），；
化学平衡三段式列式计算平衡浓度：
               C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
起始量（mol/L）        1        0        0
变化量（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；
故答案为：0.032 mol/（L?min），0.25；
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，图表数据分析可知一氧化氮，氮气，二氧化碳浓度都增大；
a．通入一定量的NO，反应正向进行，达到平衡后一氧化氮、氮气、二氧化碳浓度增大，故a符合；
b．加入一定量的活性炭是固体，对平衡无影响，故b不符合；
c．加入合适的催化剂，只能改变化学反应速率，不能改变平衡，浓度不变，故c不符合；
d．适当缩小容器的体积，反应前后是气体体积不变的反应，平衡不动，但个物质浓度增大，符合要求，故d符合；
故答案为：a d；
③若30min后，达到平衡时容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比2：1：1，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，所以平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正反应方向是放热反应Q＜0；
故答案为：＜；
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正逆反应速率相同，个组分含量不变，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）；
a．单位时间内生成2nmol NO（g）的同时消耗nmol CO₂（g），说明反应逆向进行，不能说明反应达到平衡状态，故a不符合；
b．恒容绝热条件下，反应体系的温度不再发生改变，说明反应达到平衡状态，正逆反应速率相同，热量不变，故b符合；
c．碳是固体．当平衡发生移动，气体质量会发生变化，容器体积不变，所以混合气体的密度不再发生改变可以说明反应达到平衡状态，故c符合；
故答案为：b c；

点评：本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律的计算应用，化学平衡常数和反应速率概念计算应用，平衡标志的分析判断，掌握基础是关键，题目难度中等．