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的作用。
（1）真空碳熱還原—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（mol/L） 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2n mol NO(g)的同時消耗n mol 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                
d．反應體系的壓強不再發生改變
（3）鋁電池性能優越，Al—Ag₂O電池可用作水下動力電源，其原理如下圖所示：
           
請寫出該電池正極反應式          ；常溫下，用該化學電源和惰性電極電解300ml硫酸銅溶液（過量），消耗27mg Al，則電解后溶液的pH＝     （不考慮溶液體積的變化）。

Answer 1

（1）0.5a＋b
（2）①0.032mol·L^－1·min^－1   0.25；  ② ad   ③＜  ④bc
（3）Ag₂O+2e^－+H₂O＝2Ag+2OH^－；2

（1）根據反應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并依據蓋斯定律可知，①÷2＋②即得到反應 Al₂O₃(s)＋3C(s)＝2Al(l)＋3CO(g)，所以該反應的△H＝（0.5a＋b）kJ/mol。
（2）①根據表中數據可知0～10min內，NO的平均反應速率v(NO)＝（1.0mol/L-0.68mol/）10min＝0.032mol?L^-1?min^-1；根據表中數據可知，反應C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO₂(g)的平衡濃度c(N₂)＝0.25mol/L；c(CO₂)＝0.25mol/L；c(NO)＝0.5mol/L，所以該反應的平衡常數K＝c(N₂)c(CO₂)/c²(NO)＝0.25×0.25/0.5²＝0.25。
②30min后，只改變某一條件，反應C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO₂(g)重新達到平衡。依據圖表數據分析，平衡狀態物質濃度增大，依據平衡常數計算K＝c(N₂)c(CO₂)/c²(NO)＝0.3×0.3/0.6²＝0.25。由于平衡常數隨溫度變化，平衡常數不變說明改變的條件一定不是溫度；
a．通入一定量的NO，新平衡狀態下物質平衡濃度增大，正確；
b．加入一定量的活性炭，碳是固體對平衡無影響，平衡不動，故錯誤；
c．加入合適的催化劑，催化劑只改變化學反應速率，不改變化學平衡，c錯誤；
d．適當縮小容器的體積，反應前后體積不變，平衡狀態物質濃度增大，故正確；
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，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此逆反應是吸熱反應，則正反應是放熱反應，故Q＜0。
④在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態。恒容條件下，體積不變。
a、無論反應是否達到平衡狀態，單位時間內生成2n mol NO（g）的同時消耗n mol CO₂（g），故a錯誤；
b、該反應是放熱反應，所以反應體系的溫度隨著反應的移動而改變，當平衡時，反應體系的溫度不變，故b正確；
C、密度是混合氣的質量和容器容積的比值，反應中有固體參加，反應前后氣體的質量不等，所以當反應達到平衡時，混合氣體的密度不再變化，故c正確；
d、反應前后體積不變，所以無論反應是否達到平衡狀態，壓強始終不變，故d錯誤。
（3）原電池中較活潑的金屬是負極，失去電子，發生氧化反應。電子經導線傳遞到正極，所以溶液中的陽離子向正極移動，正極得到電子，發生還原反應。所以根據裝置圖可知，負極是鋁，失去電子。正極上氧化銀得電子和水反應生成銀和氫氧根離子，電極反應式為Ag₂O+2e^－+H₂O＝2Ag+2OH^－；根據反應中得失電子數相等計算，消耗27mg Al失去電子是0.027g/27g/mol×3＝0.003mol。所以根據反應式2CuSO₄＋2H₂O2Cu＋2H₂SO₄＋O₂↑可知，反應中生成氫離子的物質的量＝0.003mol，所以溶液中C(H⁺)＝0.003mol÷0.3L＝0.01mol/L，所以pH＝－lg0.01＝2。