Question

【題目】氧化鋁在工業(yè)生產(chǎn)中有多種用途。請(qǐng)根據(jù)信息回答：

（1）以氧化鋁為原料，通過碳熱還原法可合成氮化鋁(AlN)

己知：2Al2O3(s)＝4Al(g)＋3O2(g) △H1＝＋3351 kJ·mol－1

2C(s)＋O2 (g)＝2CO(g)； △H2＝－221 kJ·mol－1

2Al(g)＋N2(g)＝2AlN(s) △H3＝－318 kJ·mol－1

則碳熱還原法合成AlN的熱化學(xué)方程式為_____。

（2）電解氧化鋁生產(chǎn)鋁時(shí)，陽極產(chǎn)生的副產(chǎn)物CO2，可通過CO2甲烷化再利用，反應(yīng)原理為：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) △H4。

常壓下以Ru/TiO2作催化劑，在恒容且容積相同的不同容器中，分別充入10mol CO2和H2的混合氣體(體積比1：4)于不同溫度下進(jìn)行反應(yīng)，第tmin時(shí)分別測(cè)定CH4的體積分?jǐn)?shù)，并繪成如圖甲所示曲線。

①A、B、C、D、E五點(diǎn)中，尚未達(dá)到平衡的點(diǎn)是___，該反應(yīng)的△H4__0(填“>”或“<”)。

②350℃時(shí)，在2L恒容密閉容器中測(cè)得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖乙所示，則前10 min的平均反應(yīng)速率v(CO2)＝___；平衡常數(shù)為____

（3）據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，科學(xué)家利用氮化鎵材料與銅組成如圖所示的人工光合系統(tǒng)裝置，成功地以CO2和H2O為原料合成了CH4。

①寫山銅電極表面的電極反應(yīng)式____。

②為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率，可向裝置中加入少量__(選填“鹽酸”或“硫酸”)。

Answer 1

【答案】3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(g)△H=+1026kJ/mol； AB； <； 0.4mol/(Lmin) 1 CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O 硫酸

【解析】

（1）利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；

（2）反應(yīng)剛開始時(shí)，反應(yīng)向正向進(jìn)行，同時(shí)對(duì)應(yīng)溫度所對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率較慢，相同時(shí)間沒有達(dá)到平衡，所以甲烷的體積分?jǐn)?shù)增多，C點(diǎn)時(shí)恰好達(dá)到平衡，因?yàn)?/span>C點(diǎn)的時(shí)候，C點(diǎn)得溫度高，對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率快，所以相同時(shí)間內(nèi)恰好達(dá)到平衡，C點(diǎn)之后，溫度升高速率更快，相同時(shí)間內(nèi)提前達(dá)到平衡，接下來得時(shí)間溫度影響平衡，使平衡發(fā)生移動(dòng)，甲烷的體積分?jǐn)?shù)減小；

（3）①根據(jù)電子移動(dòng)方向判斷出銅為正極；

②鹽酸易揮發(fā)，所以不行；

（1）已知：①2Al2O3（s）=4Al（g）+3O2（g）△H1=+3351kJmol-1
②2C（s）+O2（g）=2CO（g）△H2=-221kJmol-1
③2Al（g）+N2（g）=2AlN（s）△H3=-318kJmol-1
蓋斯定律計(jì)算（①+②×3+③×2）得到3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(g)△H=+1026kJ/mol；

（2）①A、B、C、D、E五點(diǎn)中，尚未達(dá)到平衡的點(diǎn)是A和B，因?yàn)榉磻?yīng)剛開始時(shí)，反應(yīng)向正向進(jìn)行，同時(shí)對(duì)應(yīng)溫度所對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率較慢，相同時(shí)間沒有達(dá)到平衡，所以甲烷的體積分?jǐn)?shù)增多，C點(diǎn)時(shí)恰好達(dá)到平衡，因?yàn)?/span>C點(diǎn)的時(shí)候，C點(diǎn)得溫度高，對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率快，所以相同時(shí)間內(nèi)恰好達(dá)到平衡，C點(diǎn)之后，溫度升高速率更快，相同時(shí)間內(nèi)提前達(dá)到平衡，接下來得時(shí)間溫度影響平衡，使平衡發(fā)生移動(dòng)，甲烷的體積分?jǐn)?shù)減��；根據(jù)C點(diǎn)之后溫度升高平衡向甲烷減少的方向移動(dòng)，推測(cè)出溫度升高平衡向逆向移動(dòng)，所以該反應(yīng)的△H4<0；

②在常壓、Ru/TiO2催化下,CO2和H2混和氣體(體積比1:4,總物質(zhì)的量50mol)進(jìn)行反應(yīng)，平衡時(shí)容器體積為2L，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為80%， CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

起始(mol/L)52000

變化(mol/L)4 16 4 8

平衡(mol/L)1 4 4 8

所以v(CO2)==0.4mol/(Lmin),反應(yīng)的平衡常數(shù)K==1；

（3）①根據(jù)電子移動(dòng)方向判斷出銅為正極，所以電極反應(yīng)方程式為CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O；

②為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率，可向裝置中加入硫酸，來提高氫離子濃度，因?yàn)辂}酸易揮發(fā)，所以不行；