Question

【題目】碳熱還原法廣泛用于合金及材料的制備�；卮鹣铝袉栴}：

(1)一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1 mol Al23O27N5，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________NA。

(2)真空碳熱冶鋁法包含很多反應(yīng)，其中的三個(gè)反應(yīng)如下：

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

①ΔH3＝_________(用ΔH1、ΔH2表示)。

②Al4C3可與足量鹽酸反應(yīng)制備一種烴。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________。

(3)下列是碳熱還原法制錳合金的三個(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))。

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”)。

②1 200 K時(shí)，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(fā)生反應(yīng)Ⅰ，5 min 后達(dá)到平衡，此時(shí)CO的濃度為0.125 mol/L，則0～5 min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____(填字母)。

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

Answer 1

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

【解析】

（1）化合價(jià)通過物質(zhì)化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算可得；轉(zhuǎn)移電子數(shù)通過氧化反應(yīng)得失電子守恒計(jì)算可知；

（2）通過蓋斯定律計(jì)算ΔH3；Al4C3可與足量鹽酸反應(yīng)制取烴類C前后化合價(jià)不變可知烴為CH4；

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

(1)Al23O27N5中Al為＋3價(jià)，O為－2價(jià)，設(shè)氮的化合價(jià)為x，則(＋3)×23＋(－2)×27＋5x＝0，解得x＝－3，反應(yīng) 中N的化合價(jià)降低3價(jià)，則每生成1 mol Al23O27N5，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為5×3NA＝15NA。

故答案為：－3；15；

(2)已知Ⅰ　 ΔH1；Ⅱ. 　ΔH2；Ⅲ. 　ΔH3；①根據(jù)蓋斯定律，由Ⅰ×2＋Ⅱ得反應(yīng)Ⅲ 　ΔH3＝2ΔH1＋ΔH2；②Al4C3可與足量鹽酸反應(yīng)制備一種最簡單的烴CH4，根據(jù)質(zhì)量守恒配平可得反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。

故答案為：2ΔH1＋ΔH2；；

(3)①由圖中信息可知，反應(yīng)Ⅲ升高溫度，ln K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，故選Ⅲ；

②0～5 min內(nèi)v(CO2)＝v(CO)＝×＝0.02 mol·L－1·min－1；

③反應(yīng)Ⅱ.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)；

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)；

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)。

故答案為：Ⅲ；0.02 mol·L－1·min－1；BC。