题组37化学反应中的能量变化与化学平衡的综合1.碳热还原法广泛用于合金及材料的制备。回答下列问题:(1)一种制备氮氧化铝的反应原理为23Al2O3+15C+5N22Al23O27N5+15CO,产物Al23O27N5中氮元素的化合价为,该反应中每生成1molAl23O27N5,转移的电子数为。(2)真空碳热冶铝法包含很多反应,其中的三个反应如下:Al2O3(s)+3C(s)Al2OC(s)+2CO(g)ΔH12Al2OC(s)+3C(s)Al4C3(s)+2CO(g)ΔH22Al2O3(s)+9C(s)Al4C3(s)+6CO(g)ΔH3①ΔH3=(用ΔH1、ΔH2表示)。②Al4C3可与足量盐酸反应制备一种最简单的烃。该反应的化学方程式为。(3)下列是碳热还原法制锰合金的三个反应,CO与CO2平衡分压比的自然对数值(lnK=2.303lgK)与温度的关系如图所示(已知Kp是用平衡分压代替浓度计算所得的平衡常数,分压=总压×气体的物质的量分数)。Ⅰ.Mn3C(s)+4CO2(g)3MnO(s)+5CO(g)Kp(Ⅰ)Ⅱ.Mn(s)+CO2(g)MnO(s)+CO(g)Kp(Ⅱ)Ⅲ.Mn3C(s)+CO2(g)3Mn(s)+2CO(g)Kp(Ⅲ)①ΔH>0的反应是(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。②1200K时,在一体积为2L的恒容密闭容器中有17.7gMn3C(s)和0.4molCO2,只发生反应Ⅰ,5min后达到平衡,此时CO的浓度为0.125mol/L,则0~5min内v(CO2)=。③在一体积可变的密闭容器中加入一定量的Mn(s)并充入一定量的CO2(g),只发生反应Ⅱ,下列能说明反应Ⅱ达到平衡的是(填字母)。A.容器的体积不再改变B.固体的质量不再改变C.气体的总质量不再改变答案(1)-39.03×1024(或15NA)(2)①2ΔH1+ΔH2②Al4C3+12HCl4AlCl3+3CH4↑(3)①Ⅲ②0.02mol·L-1·min-1③BC解析(1)反应23Al2O3+15C+5N22Al23O27N5+15CO中,产物Al23O27N5中氮元素的化合价为-3,该反应中每生成1molAl23O27N5,转移的电子数为5×3NA=15NA。(2)已知Ⅰ.Al2O3(s)+3C(s)Al2OC(s)+2CO(g)ΔH1Ⅱ.2Al2OC(s)+3C(s)Al4C3(s)+2CO(g)ΔH2Ⅲ.2Al2O3(s)+9C(s)Al4C3(s)+6CO(g)ΔH3①根据盖斯定律,由Ⅰ×2+Ⅱ得反应Ⅲ,则ΔH3=2ΔH1+ΔH2;②Al4C3可与足量盐酸反应制备一种最简单的烃(CH4),根据质量守恒定律可得反应的化学方程式为Al4C3+12HCl4AlCl3+3CH4↑。(3)①由题图中信息可知,反应Ⅲ升高温度,lnK增大,则K增大,平衡正向移动,说明其正反应为吸热反应,ΔH>0;②0~5min内v(CO2)=45v(CO)=45×0.125mol/L5min=0.02mol·L-1·min-1;③反应Ⅱ.Mn(s)+CO2(g)MnO(s)+CO(g)为气体体积不变的放热反应,根据“变量不变达平衡”进行判断,反应为气体体积不变的反应,反应过程中容器的体积不是变量,不能作为平衡状态的判断依据,选项A不符合题意;反应是一个固体质量增大的反应,固体的质量为变量,当固体的质量不再改变说明反应达到平衡状态,选项B符合题意;反应是一个气体质量减小的反应,气体的总质量为变量,当气体的总质量不再改变说明反应达到平衡状态,选项C符合题意。2.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注,下表为制取Cu2O的两种方法:方法a用炭粉在高温条件下还原CuO方法b电解法,反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑(1)已知:①2Cu(s)+12O2(g)Cu2O(s)ΔH1=-169kJ·mol-1②C(s)+12O2(g)CO(g)ΔH2=-110.5kJ·mol-1③Cu(s)+12O2(g)CuO(s)ΔH3=-157kJ·mol-1则方法a中反应的热化学方程式是。(2)方法b是用肼燃料电池为电源,通过离子交换膜电解法控制电解液中OH-的浓度来制备纳米Cu2O,装置如图所示:①上述装置中B电极应连电极(填“C”或“D”)。②该离子交换膜为离子交换膜(填“阴”或“阳”),该电解池的阳极反应式为。③原电池中负极反应式为。(3)在相同体积的恒容密闭容器中,用以上方法制得的两种Cu2O分别进行催化分解水的实验:2H2O(g)2H2(g)+O2(g)ΔH>0。水蒸气的浓度随时间t的变化如下表所示:序号温度/℃c/mol·L-1t/min01020304050①T10.0500.04920.04860.04820.04800.0480②T10.0500.04880.04840.04800.04800.0480③T20.100.0960.0930.0900.0900.090①催化剂的催化效率:实验①实验②(填“>”或“<”)。②实验①②③的化学平衡常数K1、K2、K3的大小关系为。答案(1)2CuO(s)+C(s)Cu2O(s)+CO(g)ΔH=+34.5kJ·mol-1(2)①D②阴2Cu-2e-+2OH-Cu2O+H2O③N2H4-4e-+4OH-N2↑+4H2O(3)①<②K1=K2
