Question

【題目】碳熱還原法廣泛用于合金及材料的制備�；叵铝袉栴}:

(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______,該反應中每生成1 mol Al23O27N5,轉移的電子數為________NA。

(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) 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可與足量鹽酸反應制備一種烴。該反應的化學方程式為____________。

(3)下列是碳熱還原法制錳合金的三個反應,CO與CO2平衡分壓比的自然對數值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)。

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,只發生反應Ⅰ,5 min后達到平衡,此時CO的濃度為0.125 mol/L,則0~5 min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

Answer 1

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

【解析】

(1)根據化合價代數和為零求氮元素化合價，根據化合價變化求轉移的電子數；

(2)①根據蓋斯定律，由Ⅰ×2+Ⅱ得反應Ⅲ，計算反應熱；

②Al4C3可與足量鹽酸反應制備一種最簡單的烴CH4，根據質量守恒配平可得反應的化學方程式；

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

②根據v(CO2)= v(CO)計算；

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。

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

反應23Al2O3+15C+5N2=2Al23O27N5+15CO中N的化合價降低3價，則每生成1mol Al23O27N5，轉移的電子數為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根據蓋斯定律，由Ⅰ×2+Ⅱ得反應Ⅲ 2Al2O3(s)+9C(s)= Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3= 2ΔH1+ΔH2；

②Al4C3可與足量鹽酸反應制備一種最簡單的烴CH4，根據質量守恒配平可得反應的化學方程式為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Ⅲ升高溫度，lnK增大，則K增大，平衡正向移動，正反應為吸熱反應，ΔH>0，故選Ⅲ；

②0~5min內v(CO2)= v(CO)=×=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，反應過程容器的體積不是變量，不能作為平衡狀態的判斷依據，選項A不選；

B.反應是一個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說明達到平衡狀態，選項B選；

C.反應是一個氣體質量減小的反應，氣體的總質量為變量，當不再改變說明達平衡狀態，選項C選。答案選BC。

故答案為：Ⅲ ；0.02 mol·L-1·min-1 ；BC。