Question

17．無水AlCl₃可用作有機(jī)合成的催化劑，食品膨松劑等．工業(yè)上由鋁土礦（主要成分是Al₂O₃和Fe₂O₃）和石油焦（主要成分是碳單質(zhì)）制備無水AlCl₃的流程如下

（1）在焙燒爐中發(fā)生反應(yīng)：①Fe₂O₃（g）+3C（g）?2Fe（g）+3CO（g），
②3CO（g）+Fe₂O₃（g）?2Fe（g）+3CO₂（g）．則反應(yīng)②的平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=$\frac{c{\;}^{3}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）}$．
（2）氯化爐中Al₂O₃、Cl₂和C在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式為A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2A1C1₃+3CO；其爐氣中含有大量CO和少量C1₂，可用NaOH（或Na₂SO₃） 溶液除去Cl₂，并回收CO．
（3）升華器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，需加入一定量A1，其目的是Al+FeCl₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$AlCl₃+Fe．
（4）工業(yè)上另一種由鋁灰為原料制備無水AlCl₃工藝中，最后一步是由AlCl₃•6H₂O脫去結(jié)晶水制備無水AlCl₃，直接加熱不能得到無水AlCl₃，其原因是Al³⁺發(fā)生水解．已知SOCl₂為無色液體且極易與水反應(yīng)生成HCl和SO₂，AlCl₃•6H₂O與SOCl₂混合加熱可制取無水AlCl₃，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：AlCl₃•6H₂O+6SOCl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl₃+12HCl↑+6SO₂↑．

Answer 1

分析 流程分析可知鋁土礦（主要成分是A1₂O₃和Fe₂O₃）和石油焦在焙燒爐中高溫加熱反應(yīng)，得到混合物在氯化爐中高溫反應(yīng)生成氯化鋁和一氧化碳，冷卻后得到氯化鋁固體，升華器中加入鋁還原氯化鐵，加入氯化鈉在升華器中使氯化鋁易升華，冷卻得到固體氯化鋁，
（1）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫，注意固體、醇液體不需要寫出；
（2）根據(jù)工藝流程可知升華器中含有AlCl₃等，所以Al₂O₃、C1₂和C反應(yīng)會生成A1C1₃，由冷凝器尾氣可知還會生成CO，爐氣中含有大量CO和少量C1₂，可用NaOH（或Na₂SO₃）溶液除去Cl₂，并回收CO；
（3）由工藝流程可知，升華器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，加入少量Al除去FeCl₃，Al與FeCl₃反應(yīng)生成Fe、AlCl₃；
（4）AlCl₃的水解，直接加熱，水解徹底生成氫氧化鋁，得不到氯化鋁；由題目信息可知，AlCl₃•6H₂O與SOCl₂混合加熱生成AlCl₃、HCl、SO₂，據(jù)此書寫化學(xué)方程式．

解答 解：（1）可逆反應(yīng)3CO（g）+Fe₂O₃（s）?2Fe（s）+3CO₂（g）的化學(xué)平衡常數(shù)k=$\frac{c{\;}^{3}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）}$，
故答案為：$\frac{c{\;}^{3}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）}$；
（2）根據(jù)工藝流程可知氯化爐的產(chǎn)物，經(jīng)冷卻、升華可制備無水AlCl₃，說明氯化爐的產(chǎn)物中含有A1C1₃，冷凝器尾氣含有CO，所以Al₂O₃、C1₂和C反應(yīng)，生成A1C1₃和CO，反應(yīng)方程式為A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2A1C1₃+3CO，爐氣中含有大量CO和少量C1₂，可用NaOH（或Na₂SO₃）溶液除去Cl₂，并回收CO，
故答案為：A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2A1C1₃+3CO；NaOH（或Na₂SO₃）；
（3）由工藝流程可知，升華器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，加入少量Al除去FeCl₃，Al與FeCl₃反應(yīng)生成Fe、AlCl₃，反應(yīng)方程式為Al+FeCl₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$AlCl₃+Fe，
故答案為：Al+FeCl₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$AlCl₃+Fe；
（4）AlCl₃的水解，直接加熱，水解徹底生成氫氧化鋁，得不到氯化鋁，必須在氯化氫的氣流中加熱，目的是抑制AlCl₃的水解，由題目信息可知，AlCl₃•6H₂O與SOCl₂混合加熱生成AlCl₃、HCl、SO₂，反應(yīng)方程式為AlCl₃•6H₂O+6SOCl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl₃+12HCl↑+6SO₂↑，
故答案為：Al³⁺發(fā)生水解；AlCl₃•6H₂O+6SOCl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl₃+12HCl↑+6SO₂↑．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、對工藝流程的理解與條件控制、常用化學(xué)用語等，難度中等，理解工藝流程是解題的關(guān)鍵，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，對學(xué)生的分析問題、解決問題的能力有較高的要求．