Question

【題目】聚合氯化鋁是一種新型凈水劑，其中鋁的總濃度（用c表示）包括三類：主要為Al3+中的單體形態鋁（用Ala表示）總濃度，主要為 [AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+的中等聚合形態鋁總濃度（用Alb表示）和Al(OH)3膠體形態鋁（用Alc表示）總濃度。

（1）真空碳熱還原一氧化法可實現由鋁土礦制備金屬鋁，相關反應的熱化學方程式如下：

①Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g) ΔH1=akJ·mol-1

②6AlCl(g)=4Al(s)+2AlCl3(g) ΔH2=bkJ·mol-1

則反應Al2O3(s) +3C(s)=2Al (s)+3CO(g) 說明ΔH=_______kJ·mol-1（用含a、b的代數式表示）。

_0( 填“>”或“<”)。

反應①在常壓、1900℃的高溫下才能進行，說明ΔH_______0（填“＞”、“＜”或“=”）

（2）用膜蒸餾（簡稱MD）濃縮技術將聚合氯化鋁溶液進行濃縮，實驗過程中不同濃度聚合氯化鋁溶液中鋁形態分布（百分數）如右表：

AlT/（mol·L-1）	Ala/%	Alb/%	A1c/%
0.208	1.4	86.6	12.0
0.489	2.3	86.2	11.5
0.884	2.3	88.1	9.6
1.613	3.1	87.0	9.9
2.520	4.5	88.2	7.3

①在一定溫度下，AlT越大，Al(OH)3膠體的百分含量________（填“越大”“越小”或“不變”）。

②若將c=2.520mol/L的聚合氧化鋁溶液加水稀釋，則稀釋過程中發生的主要反應的離子方程式為_________________________________。

（3）一定條件下，向1.0mol/L的AlCl溶液中加入0.6mol/L的NaOH溶液，可制得Alb含量約為86% 的聚合氯化鋁溶液。寫出生成[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+的離子方程式：_________________________。

（4）已知Al3++4X2，X表示顯色劑，表示有色物質，通過比色分析得

到25 ℃時Al3+濃度隨時間的變化關系如圖所示（初始時X的濃度為0.194 mol·L-1）。

①1min時， 的濃度為___________。

②0～3min內該反應的速率vx＝________。

③第9min時，反應達到平衡，K=__________（用代數式表示）。

Answer 1

【答案】 a+0.5b ＞ 越小 Al3++3H2O=Al(OH)3（膠體）+3H+ 13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+ 0.04mol/L 0.053mol/（L·min） K=(9.6×10-2)2/(2×10-3)5

【解析】（1）化學方程式①+化學方程式②/2，即可得到Al2O3(s) +3C(s)=2Al (s)+3CO(g)，所以ΔH=ΔH1+ΔH2/2= a+0.5b；Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g)是熵增加的反應，根據吉布斯自由能ΔG=ΔH-TΔS，可知反應在較高溫度下才能自發進行時的 ΔH>0。

（2）①由表格數據可知，在一定溫度下，AlT越大，Al(OH)3膠體的百分含量越小。

②由實驗數據可知稀釋時，Al3+濃度減小，Al(OH)3濃度增加，所以發生的主要反應為：Al3++3H2O=Al(OH)3（膠體）+3H+。

（3）Al3+和OH-在水溶液中生成[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+，根據原子守恒和電荷守恒可寫出對應的離子方程式為：13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+。

（4）①1分鐘內Al3+的濃度減少0.02mol/L，根據方程式可知1min時的濃度為0.02mol/L×2=0.04mol/L。

②0～3min內Al3+的反應速率v=（0.05-0.01）÷3=mol/（L·min），所以v(X)= mol/（L·min）×4=0.053mol/（L·min）。

③反應達平衡時，Al3+的濃度減少0.048mol/L，則X的濃度減少0.192mol/L，的濃度增大0.096mol/L，所以平衡時Al3+的濃度為0.002mol/L，X的濃度為0.002mol/L，的濃度為0.096mol/L，故K=(9.6×10-2)2/(2×10-3)5。