Question

【題目】碳熱還原法廣泛用于合金及材料的制備。因答下列問題:

(1)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1mol Al23O27N5,轉移的電子數為_____________。

(2)真空碳熱冶得法包含很多反應,其中的三個反應如下:

Al2O3(s)+3C(s)=Al2OC(s)+2CO(g) ΔH1

2Al2OC(s)+3C(s)=Al4C3(s)+2CO(g) ΔH2

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種最簡單的烴。該反應的化學方程式為_____________。

(3)下列是碳熱還原制錳合金的三個反應,CO與CO2平衡分壓比的自然對數值(lnK=2.3031gK)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,分壓=總壓×氣體的物質的量分數)。

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”)。

②1200K時,在一體積為2L的恒容密閉容器中有17.7gMn3C(s)和0.4molCO2,只發生反應Ⅰ，5min后達到平衡，此時CO的濃度為0.125mol/L,則0~5min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_____(填標號)。

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

③向恒容密閉容器中加入Mn3C并充入0.1molCO,若只發生反應Ⅲ,則在A點反應達到平衡，當容器的總壓為akPa時,CO的轉化率為______;A點對應溫度下的Kp(Ⅲ)=________。

Answer 1

【答案】 -3 9.03×1024(或15NA) 2ΔH1+ΔH2 Al4C3+12HC1=4AlCl3+3CH4↑ Ⅲ 0.02mol·L-1·min-1 BC 33.3% 0.5akPa

【解析】(1)反應23Al2O3+15C+5N2=2Al23O27N5+15CO中,產物Al23O27N5中氮的化合價為-3價,該反應中每生成1mol Al23O27N5,轉移的電子數為5×3 NA =15 NA；(2)已知Ⅰ、Al2O3(s)+3C(s)=Al2OC(s)+2CO(g) ΔH1

Ⅱ、2Al2OC(s)+3C(s)=Al4C3(s)+2CO(g) ΔH2

Ⅲ2Al2O3(s)+9C(s)=Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3

①根據蓋斯定律，由Ⅰ×2+Ⅱ得反應Ⅲ2Al2O3(s)+9C(s)=Al4C3(s)+6CO(g) 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Al4C3+12HC1=4AlCl3+3CH4↑；(3)①由圖中信息可知，反應Ⅲ升高溫度，lnK增大，則K增大，平衡正向移動，正反應為吸熱反應，ΔH>0；②0~5min內v(CO2)= v(CO)= ×mol·L-1·min-1；③反應Ⅱ.Mn(s)+CO2(g)MnO(s)+CO(g)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，選項A不選；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，選項B選；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，選項C選。答案選BC；③向恒容密閉容器中加入Mn3C并充入0.1molCO,若只發生反應Ⅲ,則在A點反應達到平衡，ln，則，當容器的總壓為akPa時,CO的轉化率為；A點對應溫度下的Kp(Ⅲ)= 0.5akPa。