Question

【題目】碳熱還原法廣泛用于合金及材料的制備�；卮鹣铝袉栴}：

(1)一種制備氮氧化鋁的反應(yīng)原理為23Al2O3+15C+5N2==2Al23O27N5+15CO，產(chǎn)物Al23O27N5中氮的化合價(jià)為______________________________。

(2)真空碳熱冶鋁法包含很多反應(yīng)，其中的三個(gè)反應(yīng)如下：

Al2O3 (s)+3C(s)==Al2OC(s)+2CO(g)△H1

2Al2OC(s)+3C(s)==Al4C3(s)+2CO(g)△H2

2Al2O3 (s)+9C(s)== Al4C3 (s)+6CO(g)△H3

①△H3=_________(用△H1、△H2表示)。

②Al4C3可與足量鹽酸反應(yīng)制備一種最簡(jiǎn)單的烴，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________。(3)下列是碳熱還原制錳合金的三個(gè)反應(yīng)，CO與CO2平衡分壓比的自然對(duì)數(shù)值(1nK=2.303lgK)與溫度的關(guān)系如圖所示(已知Kp是用平衡分壓代替濃度計(jì)算所得的平衡常數(shù)。分壓=總壓×氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

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)

①△H>0的反應(yīng)是__________________(填“I”“II”或“I”)。

②1200K時(shí)，在一體積為2L的恒容密閉容器中有17.7gMn3C(s)和0.4molCO2，只發(fā)生反應(yīng)I，5min后達(dá)到平衡，此時(shí)CO的濃度為0.125mol/L，則0~5min內(nèi)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(fā)生反應(yīng)II，下列能說(shuō)明反應(yīng)II達(dá)到平衡的是____________(填字母)。

A.容器的體積不再改變 B.固體的質(zhì)量不再改變 C.氣體的總質(zhì)量不再改變

④向恒容密閉容器中加入Mn3C并充入0.1molCO2，若只發(fā)生反應(yīng)III，則在A點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡。當(dāng)容器的總壓為akPa時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率為______________；A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的Kp(III)=____________。

Answer 1

【答案】－3 2△H1+△H2 Al4C3+12HCl==4AlCl3+3CH4↑ III 0.02mol·L-1·min-1 BC 33.3% 0.5akPa

【解析】

（1）根據(jù)化合價(jià)法則確定氮元素化合價(jià)；(2)根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行△H3的計(jì)算，根據(jù)最簡(jiǎn)單的烴為甲烷及原子守恒規(guī)律書寫方程式；(3) 升高溫度，1nK增大，則K增大，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)III符合；反應(yīng)II: Mn(s)+CO2(g) MnO(s)+CO(g)為氣體體積不變的放熱反應(yīng)，根據(jù)“變量不變達(dá)平衡”進(jìn)行判斷；（4）根據(jù)向恒容密閉容器中加入Mn3C并充入0.1molCO2，若只發(fā)生反應(yīng)III，則在A點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡，，則c(CO)=1/2c(CO2)進(jìn)行解析。

(1)根據(jù)化合價(jià)法則，鋁為+3價(jià)，氧為-2價(jià)，氮的化合價(jià)為-3；正確答案：-3。

(2) ①根據(jù)蓋斯定律：反應(yīng)①×2+反應(yīng)②，可得2Al2O3 (s)+9C(s)== Al4C3 (s)+6CO(g)△H3=2△H1+△H2；正確答案：2△H1+△H2。

②最簡(jiǎn)單的烴為甲烷，Al4C3可與足量鹽酸反應(yīng)生成甲烷和氯化鋁，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Al4C3+12HCl==4AlCl3+3CH4↑；正確答案：Al4C3+12HCl==4AlCl3+3CH4↑。

(3)①由圖中信息可知，反應(yīng)III升高溫度，1nK增大，則K增大，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H>0；正確答案：III。

②0~5min內(nèi)V(CO2)=4/5×=0.02mol·L-1·min-1 ；正確答案：0.02mol·L-1·min-1。

③反應(yīng)II: Mn(s)+CO2(g) MnO(s)+CO(g)為氣體體積不變的放熱反應(yīng)，根據(jù)變量不變達(dá)平衡進(jìn)行判斷；A.反應(yīng)為氣體不變的反應(yīng)，反應(yīng)中容器的體積不是變量，不能作為平衡狀態(tài)的依據(jù)，A錯(cuò)誤；反應(yīng)為固體質(zhì)量增大的反應(yīng)，固體的質(zhì)量為變量，當(dāng)固體的質(zhì)量不再改變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；反應(yīng)是一個(gè)氣體質(zhì)量減小的反應(yīng)，氣體的總質(zhì)量為變量，當(dāng)氣體的總質(zhì)量不再改變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C正確；正確選項(xiàng)BC 。

④向恒容密閉容器中加入Mn3C并充入0.1molCO2，若只發(fā)生反應(yīng)III，則在A點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡，，則c(CO)=1/2c(CO2),當(dāng)容器的總壓為akPa時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率為0.5/(1+0.5)×100%=33.3% , A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的Kp(III)=P(CO)/p(CO2)=0.5akPa；正確答案：33.3% ；0.5akPa。