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1 mol Al23O27N5，轉移的電子數為________NA。

(2)真空碳熱冶鋁法包含很多反應，其中的三個反應如下：

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可與足量鹽酸反應制備一種烴。該反應的化學方程式為________________。

(3)下列是碳熱還原法制錳合金的三個反應，CO與CO2平衡分壓比的自然對數值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)。

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的反應是____(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

②1 200 K時，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，只發生反應Ⅰ，5 min 后達到平衡，此時CO的濃度為0.125 mol/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)，只發生反應Ⅱ，下列能說明反應Ⅱ達到平衡的是____(填字母)。

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

Answer 1

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

【解析】

（1）化合價通過物質化合價代數和為0計算可得；轉移電子數通過氧化反應得失電子守恒計算可知；

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

（3）由圖中信息可知，反應Ⅲ升高溫度，ln K增大，則K增大，平衡正向移動，正反應為吸熱反應；反應為氣體體積不變的放熱反應，根據“變量不變達平衡”進行判斷。

(1)Al23O27N5中Al為＋3價，O為－2價，設氮的化合價為x，則(＋3)×23＋(－2)×27＋5x＝0，解得x＝－3，反應 中N的化合價降低3價，則每生成1 mol Al23O27N5，轉移的電子數為5×3NA＝15NA。

故答案為：－3；15；

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

故答案為：2ΔH1＋ΔH2；；

(3)①由圖中信息可知，反應Ⅲ升高溫度，ln K增大，則K增大，平衡正向移動，正反應為吸熱反應，ΔH>0，故選Ⅲ；

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

③反應Ⅱ.為氣體體積不變的放熱反應，根據“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，不能作為平衡狀態的判斷依據；

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；

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。

故答案為：Ⅲ；0.02 mol·L－1·min－1；BC。