Question

【題目】鋁的利用成為人們研究的熱點，是新型電池研發中重要的材料。

（1）通過以下反應制備金屬鋁。

反應1：Al2O3(s)＋AlCl3(g)＋3C(s)=3AlCl(g)＋3CO(g)；ΔH1＝akJ·mol－1

反應2：Al2O3(s)＋3C(s)=2Al(l)＋3CO(g)；ΔH2＝bkJ·mol－1

反應3：3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g)；ΔH3

試比較a、b的大小，并說明理由：a___b，理由是___。

（2）在高溫條件下進行反應：2Al(l)＋AlCl3(g)3AlCl(g)。

①向圖1所示的等容積A、B密閉容器中加入足量的Al粉，再分別充入1molAlCl3(g)，在相同的高溫下進行反應。圖2表示A容器內的AlCl3(g)體積分數隨時間的變化圖，在圖2中畫出B容器內AlCl3(g)體積分數隨時間的變化曲線。___

②1100℃時，向2L密閉容器中通入3molAlCl(g)，發生反應：3AlCl(g)2Al(l)＋AlCl3(g)。已知該溫度下AlCl(g)的平衡轉化率為80%，則該反應的平衡常數K＝___。

③加入3molAlCl(g)，在不同壓強下發生反應，溫度對產率的影響如圖3所示。此反應選擇溫度為900℃的原因是___。研究表明，當溫度達到2500℃以上時，圖中曲線重合，試分析可能原因___。

（3）用鋁制作的快速放電鋁離子二次電池的原理如圖4所示。該電池充電時，陰極的電極反應式為___。

Answer 1

【答案】< 因為反應3為分解反應，是吸熱反應，所以(b-a)>0； 或14.8 900℃時，產率已經較高，升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低 高溫條件下，可能Al氣化使反應前后氣體分子數相等，相同溫度不同壓強下達到平衡，產率相同 4Al2Cl7-＋3e－=Al＋7AlCl4-

【解析】

(1)、反應1：Al2O3(s)＋AlCl3(g)＋3C(s)=3AlCl(g)＋3CO(g)；ΔH1＝akJ·mol－1

反應2：Al2O3(s)＋3C(s)=2Al(l)＋3CO(g)；ΔH2＝bkJ·mol－1

根據蓋斯定律反應2-反應1得到反應3的焓變△H3，即可比較出a、b大��；

(2)①反應2Al (I) +AlCl3 (g) =3AlCl (g) 正向是體積增大的反應，容器A是恒容體系，容器B是恒壓體系，隨著反應進行，氣體物質的量增大，容器A中壓強增大，容器B體積增大，反應達到平衡時，容器B相當容器A減壓，則容器B中反應速率減小、平衡時間增大；

②根據反應的三段式計算平衡時各物質的濃度，代入平衡常數K表達式中計算K；

③觀察圖3可知，壓強一定，溫度達到850°C后，AlCl3的產率隨溫度升高變化不大，結合升溫會增大能耗分析解答；
(3) 由圖4可知，原電池負極Al失去電子與AlCl4-結合生成Al2Cl7-；充電時，原電池負極與電源負極相接，成為陰極，發生得電子的還原反應，據此解答。

(1)、反應1：Al2O3(s)＋AlCl3(g)＋3C(s)=3AlCl(g)＋3CO(g)；ΔH1＝akJ·mol－1

反應2：Al2O3(s)＋3C(s)=2Al(l)＋3CO(g)；ΔH2＝bkJ·mol－1

根據蓋斯定律反應2-反應1得到反應3: 反應3：3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g)；△H3= (b- a) kJ.mol1，因為反應3為分解反應，是吸熱反應，所以(b-a) >0，故答案為：<，因為反應3為分解反應，是吸熱反應，所以(b-a) >0；
(2)、①容器A是恒容體系，容器B是恒壓體系， 反應正向是體積增大的反應，隨著反應進行，氣體物質的量增大，則容器A中壓強增大、容器B體積增大，反應達到平衡時，容器B相當容器A減壓，則容器B中反應速率減小，平衡時間增大，關系如圖，故答案為：；
②反應的三段式為3AlCl(g)2Al(l)＋AlCl3(g)
起始濃度(mol/L) 1.5 0 0
變化濃度(mol/L) 1.2 0.4 0.4

平衡濃度(mol/L) 0.3 0.4 0.4

平衡常數=，故答案為：

③觀察圖3可知，壓強一定溫度達到850°C后，AlCl3的產率隨溫度升高變化不大，所以反應選擇溫度為900°C是為了降低能耗、提高經濟效益，故答案為:：900°C時， 產率已經較高，升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低；
(3)由圖4可知，原電池負極Al失去電子與AlCl4-結合生成Al2Cl7-，負極反應式為Al＋7AlCl4--3e－=4Al2Cl7-

，充電時，原電池負極成為陰極，發生的反應與原電池反應相反，即陰極電極反應式為4Al2Cl7-＋3e－=Al＋7AlCl4-，故答案為：4Al2Cl7-＋3e－=Al＋7AlCl4-；