Question

【題目】鋁的利用成為人們研究的熱點，是新型電池研發(fā)中重要的材料。

(1)通過以下反應制備金屬鋁。

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

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

反應Ⅲ：3AlCl(g)=2Al(l)+AlCl3(g) ΔH3

①反應Ⅲ的△H3=____kJ/mol。

②950℃時，鋁土礦(Al2O3)與足量的焦炭和C12反應可制得AlCl3。該反應的化學方程式是 _____________________________

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

①向圖1所示的起始容積相等的兩個密閉容器A、B中加入足量的Al粉，再分別充入1molAICl3 (g)，在相同的高溫下進行反應。圖2表示A容器內(nèi)的AlC13(g)體積分數(shù)隨時間的變化圖，在圖2中畫出 B容器內(nèi)AlCl3 (g)體積分數(shù)隨時間的變化曲線____________。

②1 100℃時，向2L密閉容器中通入3mol AlCl(g)，發(fā)生反應：3AlCl(g)2Al(l)+AlCl3 (g)。已知該溫度下AlCl(g)的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，則該反應的平衡常數(shù)K= ___。在反應達到平衡后，再加入1molAlCl(g)，重新達到平衡時AlCl(g)的平衡轉(zhuǎn)化率將 ___（填“增大”“減小”或“不變”）。

③加入3 mol AlCl(g)，在不同壓強下發(fā)生反應，溫度對產(chǎn)率的影響如圖3所示。則此反應選擇溫度為 _____________________

(3)鋁可以用來制作快速放電鋁離子二次電池，該電池以金屬鋁和石墨為電極，用AlCl4-、Al2Cl2-和有機陽離子組成電解質(zhì)溶液，其工作原理如圖4所示。

①該電池放電時，AlCl4-向 ___（填“鋁電極”或“石墨電極”）方向移動。

②該電池充電時，陰極的電極反應式為____。

Answer 1

【答案】b-a Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO 增大 900℃ 鋁電極 4+3e-==Al+7

【解析】

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

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

反應Ⅲ：3AlCl(g)=2Al(l)+AlCl3(g) ΔH3

①利用蓋斯定律，將反應Ⅱ-反應I，即得反應Ⅲ的△H3。

②950℃時，鋁土礦(Al2O3)與足量的焦炭和C12反應可制得AlCl3和CO，由此寫出該反應的化學方程式。

(2)①隨著反應的進行，壓強不斷減小，容器B相當于A減小壓強，平衡正向移動，AlCl3 (g)的體積分數(shù)減小，所以B與A進行比較，達平衡的時間長，AlCl3 (g)的體積分數(shù)小。

②已知該溫度下AlCl(g)的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，求出平衡濃度，即可求出該反應的平衡常數(shù)K。在反應達到平衡后，再加入1molAlCl(g)，相當于加壓，平衡正向移動。

③從圖中可以看出，溫度達900℃時，產(chǎn)率基本恒定。

(3)從圖中可以看出，鋁為負極，石墨為正極。

①該電池放電時，陰離子向負極移動，由此確定AlCl4-移動的方向。

②該電池充電時，陰極得電子，生成Al和。

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

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

反應Ⅲ：3AlCl(g)=2Al(l)+AlCl3(g) ΔH3

①利用蓋斯定律，將反應Ⅱ-反應I，即得反應Ⅲ：3AlCl(g)=2Al(l)+AlCl3(g)△H3=(b-a) kJ·mol-1。答案為：b-a；

②950℃時，鋁土礦(Al2O3)與足量的焦炭和C12反應可制得AlCl3和CO，由此寫出該反應的化學方程式為Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO。答案為：Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO；

(2)①隨著反應的進行，壓強不斷減小，容器B相當于A減小壓強，平衡正向移動，AlCl3 (g)的體積分數(shù)減小，所以B與A進行比較，達平衡的時間長，AlCl3 (g)的體積分數(shù)小。由此得到圖象為。答案為：；

②對于反應3AlCl(g)2Al(l)+AlCl3 (g)，設起始時, n(AlCl)=3mol，已知該溫度下AlCl(g)的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，則平衡濃度c(AlCl)=(3mol-3mol×80%)÷2L=0.3mol/L，c(AlCl3)= 0.4mol/L，該反應的平衡常數(shù)K==。在反應達到平衡后，再加入1molAlCl(g)，相當于加壓，平衡正向移動，重新達到平衡時AlCl(g)的平衡轉(zhuǎn)化率將增大。答案為：；增大；

③從圖中可以看出，溫度達900℃時，產(chǎn)率基本恒定，所以此反應選擇溫度為900℃。答案為：900℃；

(3)從圖中可以看出，鋁為負極，石墨為正極。

①該電池放電時，陰離子向負極移動，由此確定AlCl4-向鋁電極移動。答案為：鋁電極；

②該電池充電時，陰極得電子，生成Al和，電極反應式為4+3e- ==Al+7。答案為：4+3e- ==Al+7。