Question

【題目】聚合氯化鋁是一種新型凈水劑，其中鋁的總濃度(用c表示）包括三類：主要為A l3+的單體形態鋁（用Ala表示）總濃度，主要為主要為[AlO4 Al12(OH)24(H2O)12 ]7+的中等聚合形態鋁總濃度(用Alb 表示)和Al(OH)3膠體形態鋁(用A1c表示)總濃度。

（1）真空碳熱還原一氧化法可實現由鋁土礦制備金屬鋁，相關反應的熱化學方程式如下：

①Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g)△H1=akJ·mol-1

②3AlCl(g)= 2Al(s)+AlCl3(g) △H2=bkJ·mol-1

則反應Al2O3(s)+33C(s)= 2Al(s)+ 3CO(g)△H=______kJ·mol-1（用含a、b的代數式表爾）。 反應①在常壓、1900 ℃ 的高溫下才能進行，說明△H______( 填“>”“=”或“<”）。

（1）用膜蒸餾（簡稱MD）濃縮技術將聚合氯化鋁溶液進行濃縮，實驗過程中不同濃度聚合氯化鋁溶液中鋁形態分布（百分數）如下表：

①在一定溫度下，c越大,Al(OH)3膠體的百分含量______(填“越大”“越小”或“不變”)。

②若將c=2.520mol/L的聚合氯化鋁溶液加水稀釋，則稀釋過程中發生的主要反應的離子方程式為_____________。

（3）一定條件下，向1.0mol/L的AlCl3溶液中加入0.6 mol/L的NaOH溶液，可制得Alb含量約為86 % 的聚合氯化鋁溶液。寫出生成[AlO4 Al12(OH)24(H2O)12 ]7+的離子方程式：_______。

（4）已知Al3++4X=2，X表示顯色劑， 表示有色物質，通過比色分析得到25 ℃時Al3+濃度隨時間的變化關系如圖所示（初始時X的濃度為0.194mol·L-1）。

①1min時, 的濃度為___________。

②0～3min內該反應的速率vx＝________。

③第9min時，反應達到平衡，K=__________(用代數式表示）。

Answer 1

【答案】 a+b > 越小 Al3++3H2O===Al(OH)3(膠體)+3H+ 13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+ 0.04mol/L 0.053mol/(L·min)

【解析】（1）已知：①Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g)△H1=akJ·mol-1，②3AlCl(g)= 2Al(s)+AlCl3(g) △H2=bkJ·mol-1，根據蓋斯定律，①+②可得：Al2O3(s)+3C(s)= 2Al(s)+ 3CO(g)，則△H=△H1+△H2=（a+b）kJ/mol；該反應△S＞0，反應①常壓下在1900℃的高溫下才能進行，△H-T△S＜0反應自發進行，說明該反應△H＞0；（2）①根據表中數據可知在一定溫度下，c越大，Alc%越小；②根據表中數據如將c=2.520molL-1的聚合氯化鋁溶液加水稀釋，則稀釋過程中會產生氫氧化鋁膠體，因此主要發生反應的離子方程式Al3++3H2OAl(OH)3(膠體)+3H+；（3）根據原子守恒和電荷守恒可知生成[AlO4 Al12(OH)24(H2O)12 ]7+的離子方程式為13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+；（4）①鋁離子的起始濃度是0.05mol/L，1min時變為0.03mol/L，則參加反應的鋁離子濃度是0.02mol/L，所以根據方程式可知1min時, 的濃度為0.02mol/L×2＝0.04mol/L；②0～3min內消耗鋁離子是0.05mol/L-0.01mol/L=0.04mol/L，則根據方程式可知消耗X是0.04mol/L×4＝0.16mol/L，所以該反應的速率vx＝0.16mol/L÷3min＝0.053mol/(L·min)；③根據圖像可知第9min時鋁離子濃度是0.002mol/L，消耗鋁離子是0.05mol/L-0.002mol/L=0.048mol/L，則根據方程式可知消耗X是0.048mol/L×4＝0.192mol/L，平衡時X濃度是0.194mol/L－0.192mol/L＝0.002mol/L， 的濃度為0.048mol/L×2＝0.096mol/L，所以反應達到平衡，K=。