Question

【題目】碳熱還原法廣泛用于合金及材料的制備。因答下列問題:

(1)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(jià)為____,該反應(yīng)中每生成1mol Al23O27N5,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為_____________。

(2)真空碳熱冶得法包含很多反應(yīng),其中的三個(gè)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)制備種最簡(jiǎn)單的烴。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________。

(3)下列是碳熱還原制錳合金的三個(gè)反應(yīng),CO與CO2平衡分壓比的自然對(duì)數(shù)值(lnK=2.3031gK)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(jì)算所得的平衡常數(shù),分壓=總壓×氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?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”)。

②1200K時(shí),在一體積為2L的恒容密閉容器中有17.7gMn3C(s)和0.4molCO2,只發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，5min后達(dá)到平衡，此時(shí)CO的濃度為0.125mol/L,則0~5min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_____(填標(biāo)號(hào))。

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

③向恒容密閉容器中加入Mn3C并充入0.1molCO,若只發(fā)生反應(yīng)Ⅲ,則在A點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡，當(dāng)容器的總壓為akPa時(shí),CO的轉(zhuǎn)化率為______;A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的Kp(Ⅲ)=________。

Answer 1

【答案】 -3 9.03×1024(或15NA) 2ΔH1+ΔH2 Al4C3+12HC1=4AlCl3+3CH4↑ Ⅲ 0.02mol·L-1·min-1 BC 33.3% 0.5akPa

【解析】(1)反應(yīng)23Al2O3+15C+5N2=2Al23O27N5+15CO中,產(chǎn)物Al23O27N5中氮的化合價(jià)為-3價(jià),該反應(yīng)中每生成1mol Al23O27N5,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為5×3 NA =15 NA；(2)已知Ⅰ、Al2O3(s)+3C(s)=Al2OC(s)+2CO(g) ΔH1

Ⅱ、2Al2OC(s)+3C(s)=Al4C3(s)+2CO(g) ΔH2

Ⅲ2Al2O3(s)+9C(s)=Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3

①根據(jù)蓋斯定律，由Ⅰ×2+Ⅱ得反應(yīng)Ⅲ2Al2O3(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(jiǎn)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+12HC1=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(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH>0；②0~5min內(nèi)v(CO2)= v(CO)= ×mol·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(xiàng)A不選；B.反應(yīng)是一個(gè)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(xiàng)B選；C.反應(yīng)是一個(gè)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(xiàng)C選。答案選BC；③向恒容密閉容器中加入Mn3C并充入0.1molCO,若只發(fā)生反應(yīng)Ⅲ,則在A點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡，ln，則，當(dāng)容器的總壓為akPa時(shí),CO的轉(zhuǎn)化率為；A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的Kp(Ⅲ)= 0.5akPa。