Question

【題目】碳熱還原法廣泛用于合金及材料的制備。回答下列問題：

(1)一種制備氮氧化鋁的反應原理為23Al2O3+15C+5N2==2Al23O27N5+15CO，產物Al23O27N5中氮的化合價為______________________________。

(2)真空碳熱冶鋁法包含很多反應，其中的三個反應如下：

Al2O3 (s)+3C(s)==Al2OC(s)+2CO(g)△H1

2Al2OC(s)+3C(s)==Al4C3(s)+2CO(g)△H2

2Al2O3 (s)+9C(s)== Al4C3 (s)+6CO(g)△H3

①△H3=_________(用△H1、△H2表示)。

②Al4C3可與足量鹽酸反應制備一種最簡單的烴，該反應的化學方程式為__________________________。(3)下列是碳熱還原制錳合金的三個反應，CO與CO2平衡分壓比的自然對數值(1nK=2.303lgK)與溫度的關系如圖所示(已知Kp是用平衡分壓代替濃度計算所得的平衡常數。分壓=總壓×氣體的物質的量分數)。

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)

①△H>0的反應是__________________(填“I”“II”或“I”)。

②1200K時，在一體積為2L的恒容密閉容器中有17.7gMn3C(s)和0.4molCO2，只發生反應I，5min后達到平衡，此時CO的濃度為0.125mol/L，則0~5min內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)，只發生反應II，下列能說明反應II達到平衡的是____________(填字母)。

A.容器的體積不再改變 B.固體的質量不再改變 C.氣體的總質量不再改變

④向恒容密閉容器中加入Mn3C并充入0.1molCO2，若只發生反應III，則在A點反應達到平衡。當容器的總壓為akPa時，CO2的轉化率為______________；A點對應溫度下的Kp(III)=____________。

Answer 1

【答案】－3 2△H1+△H2 Al4C3+12HCl==4AlCl3+3CH4↑ III 0.02mol·L-1·min-1 BC 33.3% 0.5akPa

【解析】

（1）根據化合價法則確定氮元素化合價；(2)根據蓋斯定律進行△H3的計算，根據最簡單的烴為甲烷及原子守恒規律書寫方程式；(3) 升高溫度，1nK增大，則K增大，平衡正向移動，正反應為吸熱反應，反應III符合；反應II: Mn(s)+CO2(g) MnO(s)+CO(g)為氣體體積不變的放熱反應，根據“變量不變達平衡”進行判斷；（4）根據向恒容密閉容器中加入Mn3C并充入0.1molCO2，若只發生反應III，則在A點反應達到平衡，，則c(CO)=1/2c(CO2)進行解析。

(1)根據化合價法則，鋁為+3價，氧為-2價，氮的化合價為-3；正確答案：-3。

(2) ①根據蓋斯定律：反應①×2+反應②，可得2Al2O3 (s)+9C(s)== Al4C3 (s)+6CO(g)△H3=2△H1+△H2；正確答案：2△H1+△H2。

②最簡單的烴為甲烷，Al4C3可與足量鹽酸反應生成甲烷和氯化鋁，反應的化學方程式為：Al4C3+12HCl==4AlCl3+3CH4↑；正確答案：Al4C3+12HCl==4AlCl3+3CH4↑。

(3)①由圖中信息可知，反應III升高溫度，1nK增大，則K增大，平衡正向移動，正反應為吸熱反應，△H>0；正確答案：III。

②0~5min內V(CO2)=4/5×=0.02mol·L-1·min-1 ；正確答案：0.02mol·L-1·min-1。

③反應II: Mn(s)+CO2(g) MnO(s)+CO(g)為氣體體積不變的放熱反應，根據變量不變達平衡進行判斷；A.反應為氣體不變的反應，反應中容器的體積不是變量，不能作為平衡狀態的依據，A錯誤；反應為固體質量增大的反應，固體的質量為變量，當固體的質量不再改變時，反應達到平衡狀態，B正確；反應是一個氣體質量減小的反應，氣體的總質量為變量，當氣體的總質量不再改變時，反應達到平衡狀態，C正確；正確選項BC 。

④向恒容密閉容器中加入Mn3C并充入0.1molCO2，若只發生反應III，則在A點反應達到平衡，，則c(CO)=1/2c(CO2),當容器的總壓為akPa時，CO2的轉化率為0.5/(1+0.5)×100%=33.3% , A點對應溫度下的Kp(III)=P(CO)/p(CO2)=0.5akPa；正確答案：33.3% ；0.5akPa。