Question

【題目】碳熱還原法廣泛用于合金及材料的制備。回下列問題:

(1)一種制備氮氧化鋁的反應(yīng)原理為23Al2O3+15C+5N2=2Al23O27N5+15CO ,產(chǎn)物Al23O27N5中氮的化合價為______,該反應(yīng)中每生成1 mol Al23O27N5,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________NA。

(2)真空碳熱冶鋁法包含很多反應(yīng),其中的三個反應(yīng)如下:

Al2O3(s)+3C(s) =Al2OC(s)+2CO(g) ΔH1

2Al2OC(s)+3C(s) =Al4C3(s)+2CO(g) ΔH2

2Al2O3(s)+9C(s)= Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3

①ΔH3=_________(用ΔH1、ΔH2表示)。

②Al4C3可與足量鹽酸反應(yīng)制備一種烴。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________。

(3)下列是碳熱還原法制錳合金的三個反應(yīng),CO與CO2平衡分壓比的自然對數(shù)值與溫度的關(guān)系如圖所示(已知Kp是用平衡分壓代替濃度計算所得的平衡常數(shù))。

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的反應(yīng)是____(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

②1200 K時,在一體積為2 L的恒容密閉容器中有17.7 g Mn3C(s)和0.4 mol CO2,只發(fā)生反應(yīng)Ⅰ,5 min后達(dá)到平衡,此時CO的濃度為0.125 mol/L,則0~5 min內(nèi)v(CO2)=_________。

③在一體積可變的密閉容器中加入一定量的Mn(s)并充入一定量的CO2(g),只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ,下列能說明反應(yīng)Ⅱ達(dá)到平衡的是____(填字母)。

A.容器的體積不再改變

B.固體的質(zhì)量不再改變

C.氣體的總質(zhì)量不再改變

Answer 1

【答案】-3 15 2ΔH1+ΔH2 Al4C3+12HCl = 4AlCl3+3CH4↑ Ⅲ 0.02 mol·L-1·min-1 BC

【解析】

(1)根據(jù)化合價代數(shù)和為零求氮元素化合價，根據(jù)化合價變化求轉(zhuǎn)移的電子數(shù)；

(2)①根據(jù)蓋斯定律，由Ⅰ×2+Ⅱ得反應(yīng)Ⅲ，計算反應(yīng)熱；

②Al4C3可與足量鹽酸反應(yīng)制備一種最簡單的烴CH4，根據(jù)質(zhì)量守恒配平可得反應(yīng)的化學(xué)方程式；

(3)①由圖中信息可知，反應(yīng)Ⅲ升高溫度，lnK增大，則K增大，平衡正向移動，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；

②根據(jù)v(CO2)= v(CO)計算；

③反應(yīng)Ⅱ.Mn(s)+CO2(g)MnO(s)+CO(g)為氣體體積不變的放熱反應(yīng)。根據(jù)“變量不變達(dá)平衡”進(jìn)行判斷。

(1) Al23O27N5中Al為+3價，O為-2價，設(shè)氮的化合價為x，則（+3）23+（-2）27+5x=0，解得x=-3，

反應(yīng)23Al2O3+15C+5N2=2Al23O27N5+15CO中N的化合價降低3價，則每生成1mol Al23O27N5，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為5×3 NA =15 NA；

故答案為：-3；15；

(2)已知Ⅰ、Al2O3(s)+3C(s)=Al2OC(s)+2CO(g) ΔH1

Ⅱ、2Al2OC(s)+3C(s)= Al4C3(s)+2CO(g) ΔH2

Ⅲ、2Al2O3(s)+9C(s)=Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3

①根據(jù)蓋斯定律，由Ⅰ×2+Ⅱ得反應(yīng)Ⅲ 2Al2O3(s)+9C(s)= Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3= 2ΔH1+ΔH2；

②Al4C3可與足量鹽酸反應(yīng)制備一種最簡單的烴CH4，根據(jù)質(zhì)量守恒配平可得反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al4C3+12HCl=4AlCl3+3CH4↑；

故答案為：2ΔH1+ΔH2；Al4C3+12HCl=4AlCl3+3CH4↑；

(3)①由圖中信息可知，反應(yīng)Ⅲ升高溫度，lnK增大，則K增大，平衡正向移動，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH>0，故選Ⅲ；

②0~5min內(nèi)v(CO2)= v(CO)=×=0.02mol·L-1·min-1；

③反應(yīng)Ⅱ.Mn(s)+CO2(g)MnO(s)+CO(g)為氣體體積不變的放熱反應(yīng)，根據(jù)“變量不變達(dá)平衡”進(jìn)行判斷。

A.反應(yīng)為氣體不變的反應(yīng)，反應(yīng)過程容器的體積不是變量，不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，選項A不選；

B.反應(yīng)是一個固體質(zhì)量增大的反應(yīng)，固體的質(zhì)量為變量，當(dāng)固體的質(zhì)量不再改變說明達(dá)到平衡狀態(tài)，選項B選；

C.反應(yīng)是一個氣體質(zhì)量減小的反應(yīng)，氣體的總質(zhì)量為變量，當(dāng)不再改變說明達(dá)平衡狀態(tài)，選項C選。答案選BC。

故答案為：Ⅲ ；0.02 mol·L-1·min-1 ；BC。