Question

【題目】以氧化鋁為原料，通過碳熱還原法可合成氮化鋁（AlN）；通過電解法可制取鋁。回答下列問題：

（1）已知：2Al2O3(s)=4Al(g)＋3O2(g) ΔH1=3351kJ·molˉ1

2C(s)＋O2(g)=2CO(g) ΔH2=-221kJ·molˉ1

2Al(g)＋N2(g)=2AlN(s) ΔH3=-318kJ·molˉ1

碳熱還原Al2O3合成AlN的總熱化學方程式是___。

（2）工業上用電解熔融氧化鋁的方法來制取金屬鋁。純凈氧化鋁的熔點很高（約2045℃），在實際生產中，通過加入助熔劑冰晶石（Na3AlF6）在1000℃左右就可以得到熔融體。

如圖是電解槽的示意圖。

①寫出電解時陽極的電極反應式：___。

②電解過程中生成的氧氣全部與石墨電極反應生成CO和CO2氣體。因此，需要不斷補充石墨電極。工業生產中，每生產9噸鋁陽極損失5.4噸石墨。每生產9噸鋁轉移電子的物質的量為___mol，生成的二氧化碳的物質的量為___mol。

（3）可用于電動汽車的鋁—空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解質溶液，以鋁合金為負極。

①以NaCl溶液為電解質溶液時，正極反應式為___。

②以NaOH溶液為電解質溶液時，負極反應式為___。

Answer 1

【答案】3C(s)+Al2O3(s)+ N2(g)=2AlN(s)+3CO(g) ΔH=+1026kJ·molˉ1 2O2--4e-= O2↑ 106 5×104 O2+2H2O+4e=4OH Al+4OH3e=AlO2+2H2O

【解析】

（1）將三個方程式分別進行標號：①2Al2O3(s)=4Al(g)＋3O2(g)ΔH1=3351kJ·molˉ1；②2C(s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH2=-221kJ·molˉ1；③2Al(g)＋N2(g)=2AlN(s)ΔH3=-318kJ·molˉ1；×①+×②+③可得到碳熱還原Al2O3合成AlN的反應方程式為3C+Al2O3+ N2=2AlN+3CO，根據蓋斯定律，則總熱化學方程式是3C(s)+Al2O3(s)+ N2(g)=2AlN(s)+3CO(g) ΔH=+1026kJ·molˉ1；故答案為：3C(s)+Al2O3(s)+ N2(g)=2AlN(s)+3CO(g) ΔH=+1026kJ·molˉ1；

（2）①電解熔融的氧化鋁時，陽極氧離子放電，電極反應式為2O2--4e-= O2↑，故答案為：2O2--4e-= O2↑；

②每生成1molAl轉移電子3mol，則每生產9噸鋁轉移電子的物質的量為n= ，5.4噸石墨的質量為，石墨電極反應生成CO和CO2氣體，設生成二氧化碳的物質的量為x，由電子守恒可知，，解得x=5×104mol，故答案為：106；5×104；

（3）①以NaCl溶液為電解質溶液時，正極氧氣放電，其正極反應式為O2+2H2O+4e=4OH，故答案為：O2+2H2O+4e=4OH；

②以NaOH溶液為電解質溶液時，負極鋁放電轉化為偏鋁酸根，電極反應式為Al+4OH3e=AlO2+2H2O，故答案為：Al+4OH3e=AlO2+2H2O。