Question

【題目】鋁及其合金可用作材料、鋁熱劑等，在環(huán)境修復(fù)等方面也有著巨大的應(yīng)用潛力。

(1)鋁的冶煉、提純的方法很多。

①高溫碳熱歧化氯化法冶鋁包含的反應(yīng)之一為：Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)3CO(g)+3AlCl(g)，其平衡常數(shù)表達(dá)式為K=_______________。

②碳熱還原Al2O3冶鋁的部分反應(yīng)如下：

Ⅰ.2Al2O3(s)+9C(s)=Al4C3(s)+6CO(g) △H1=akJ/mol

Ⅱ. 4Al2O3(s)+Al4C3(s)=3Al4O4C(s) △H2=bkJ/mol

Ⅲ. Al4O4C(s)+Al4C3(s)=8Al(g)+4CO(g) △H3=ckJ/mol

反應(yīng)Al2O3(s)+3C(s)=2Al(g)+3CO(g)的△H=__________kJ/mol

③用離子液體AICb-BMIC(陽(yáng)離子為EMIM+、陰離子為AlCl4－、Al2Cl7－)作電解質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)電解精煉鋁。粗鋁與外電源的_____________極(填“正”或“負(fù)")相連；工作時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式為_______________。

(2)真空條件及1173K時(shí)，可用鋁熱還原Li5AlO4制備金屬鋰(氣態(tài))，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________________。

(3)用Al、Fe或Al-Fe合金還原脫除水體中的硝態(tài)氮(NO3--N)，在45℃，起始c(KNO3-N)為50mg·L-1、維持溶液呈中性并通入Ar等條件下進(jìn)行脫除實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如圖所示(c0為起始濃度、c為剩余濃度)：

①純Al在0~3h時(shí)，NO3-幾乎沒(méi)有被脫除，其原因是_______________________；寫出3h后NO3-被還原為N2的離子方程式：____________________________。

②Al-Fe合金1~2h比純A13~4h的脫除速率快得多的可能原因是________________。

Answer 1

【答案】 正 4Al2Cl7－+3e－ = 7AlCl4－+Al 3Li5AlO4 + 5Al 15Li(g) + 4Al2O3 鋁表面的氧化膜仍未被溶解 10Al + 6NO3－+ 12H2O + 6H+10Al(OH)3 + 3N2↑ Al-Fe形成原電池能加速電子轉(zhuǎn)移

【解析】

(1)①平衡常數(shù)表達(dá)式為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值；

②利用蓋斯定律去反應(yīng)熱；

③電解精煉時(shí)，粗鋁作陽(yáng)極，而陰極上生成Al；

(3)②Al、Fe的活潑性不同，在溶液中可以構(gòu)成原電池，加快反應(yīng)速率。

(1)①平衡常數(shù)表達(dá)式為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值，固體的濃度為定值，不出現(xiàn)在表達(dá)式中，則平衡常數(shù)；

②根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ⅰ×+反應(yīng)Ⅱ×+反應(yīng)Ⅲ×可得目標(biāo)反應(yīng)Al2O3(s)+3C(s)=2Al(g)+3CO(g)，則△H=△H1×+△H2×+△H3×kJ/mol

=kJ/mol；

③電解精煉中，含有雜質(zhì)的金屬作陽(yáng)極，失去電子，形成離子進(jìn)入電解質(zhì)中，在陰極得到電子得到單質(zhì)，從而完成冶煉過(guò)程，因此粗鋁與外電源的正極相連；電解質(zhì)溶液中Al以AlCl4－、Al2Cl7－的形式存在，在陰極得到電子，生成Al，電極方程式為4Al2Cl7－+3e－=7AlCl4－+Al；

(2)真空條件及1173K時(shí)，可用鋁熱還原Li5AlO4制備金屬鋰，Al則轉(zhuǎn)化為Al2O3，化學(xué)方程式為3Li5AlO4+5Al15Li(g)+4Al2O3；

(3)①純Al在0～3h，NO3－幾乎沒(méi)有被脫除，說(shuō)明幾乎沒(méi)有反應(yīng)，而在3h后，反應(yīng)才開始，可能是由于Al的表面有一層氧化膜，阻止了反應(yīng)的進(jìn)行，因此純Al在0~3h時(shí)，NO3-幾乎沒(méi)有被脫除，其原因是鋁表面的氧化膜仍未被溶解；Al和NO3－反應(yīng)，溶液是中性的，產(chǎn)物中Al以Al(OH)3的形式存在，Al的化合價(jià)從0升高到＋3價(jià)，NO3－中N的化合價(jià)從＋5價(jià)降低到0價(jià)，根據(jù)化合價(jià)升降守恒，Al和NO3－的系數(shù)比為5：3，再根據(jù)電荷守恒和原子守恒，可得離子方程式為10Al+6NO3－+12H2O+6H+10Al(OH)3+3N2↑；

②Al、Fe的活潑性不同，在溶液中可以構(gòu)成原電池，加快電子轉(zhuǎn)移，加快了反應(yīng)速率。