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_____，該反應中每生成 l mol Al23O27N5轉移的電子數(shù)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(shù)() 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(shù)，分壓＝總壓 × 氣體的物質的量分數(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)

①△H>O的 反應是_________ (填“I ”“II” 或“III”)。

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(fā)生反應I，5min后達到平衡，此時CO的濃度為0.125mol/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(fā)生反應

II，下列能說明反應II 達到平衡狀態(tài)的是________ (填標號)。

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.l molCO2, 若只發(fā)生反應III. 則在A點反應達到平衡時，容器的總壓為akPa, CO2的轉化率為______; A點對應溫度下的Kp(III) =______。

Answer 1

【答案】-3 9.03×1024(或15NA) 2△H1 +△H2 Al4C3+12HCl=4AlCl3+3CH4↑ III 0.02molL-1min-1 BC 33.3% 0.5akPa

【解析】

(1)反應23Al2O3+15C+5N2=2Al23O27N5+15CO中，產物Al23O27N5中氮的化合價為-3價，該反應中每生成1mol Al23O27N5，轉移的電子數(shù)為5×3NA =15 NA，故答案為：-3；9.03×1024(或15NA)；

(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Ⅲ2Al2O3(s)+9C(s)=Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3= 2ΔH1+ΔH2，故答案為：2△H1 +△H2；

②Al4C3可與足量鹽酸反應制備一種最簡單的烴CH4，根據(jù)質量守恒配平可得反應的化學方程式為Al4C3+12HC1=4AlCl3+3CH4↑，故答案為：Al4C3+12HC1=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，故答案為：Ⅲ；

②0~5min內v(CO2)=v(CO)=×mol·L-1·min-1，故答案為：0.02molL-1min-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(jù)“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(tài)的判斷依據(jù)，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(tài)，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(tài)，選項C選。

故答案為：BC；

④向恒容密閉容器中加入Mn3C并充入0.1molCO，若只發(fā)生反應Ⅲ，則在A點反應達到平衡，ln，則，當容器的總壓為akPa時，CO的轉化率為，A點對應溫度下的Kp(Ⅲ)=0.5akPa，故答案為：33.3%；0.5akPa。