Question

【题目】铝及其合金可用作材料、铝热剂等，在环境修复等方面也有着巨大的应用潜力。

(1)铝的冶炼、提纯的方法很多。

①高温碳热歧化氯化法冶铝包含的反应之一为：Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)3CO(g)+3AlCl(g)，其平衡常数表达式为K=_______________。

②碳热还原Al2O3冶铝的部分反应如下：

Ⅰ.2Al2O3(s)+9C(s)=Al4C3(s)+6CO(g) △H1=akJ/mol

Ⅱ. 4Al2O3(s)+Al4C3(s)=3Al4O4C(s) △H2=bkJ/mol

Ⅲ. Al4O4C(s)+Al4C3(s)=8Al(g)+4CO(g) △H3=ckJ/mol

反应Al2O3(s)+3C(s)=2Al(g)+3CO(g)的△H=__________kJ/mol

③用离子液体AICb-BMIC(阳离子为EMIM+、阴离子为AlCl4－、Al2Cl7－)作电解质，可实现电解精炼铝。粗铝与外电源的_____________极(填“正”或“负")相连；工作时，阴极的电极反应式为_______________。

(2)真空条件及1173K时，可用铝热还原Li5AlO4制备金属锂(气态)，写出该反应的化学方程式：__________________________。

(3)用Al、Fe或Al-Fe合金还原脱除水体中的硝态氮(NO3--N)，在45℃，起始c(KNO3-N)为50mg·L-1、维持溶液呈中性并通入Ar等条件下进行脱除实验。结果如图所示(c0为起始浓度、c为剩余浓度)：

①纯Al在0~3h时，NO3-几乎没有被脱除，其原因是_______________________；写出3h后NO3-被还原为N2的离子方程式：____________________________。

②Al-Fe合金1~2h比纯A13~4h的脱除速率快得多的可能原因是________________。

Answer 1

【答案】 正 4Al2Cl7－+3e－ = 7AlCl4－+Al 3Li5AlO4 + 5Al 15Li(g) + 4Al2O3 铝表面的氧化膜仍未被溶解 10Al + 6NO3－+ 12H2O + 6H+10Al(OH)3 + 3N2↑ Al-Fe形成原电池能加速电子转移

【解析】

(1)①平衡常数表达式为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值；

②利用盖斯定律去反应热；

③电解精炼时，粗铝作阳极，而阴极上生成Al；

(3)②Al、Fe的活泼性不同，在溶液中可以构成原电池，加快反应速率。

(1)①平衡常数表达式为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，固体的浓度为定值，不出现在表达式中，则平衡常数；

②根据盖斯定律，反应Ⅰ×+反应Ⅱ×+反应Ⅲ×可得目标反应Al2O3(s)+3C(s)=2Al(g)+3CO(g)，则△H=△H1×+△H2×+△H3×kJ/mol

=kJ/mol；

③电解精炼中，含有杂质的金属作阳极，失去电子，形成离子进入电解质中，在阴极得到电子得到单质，从而完成冶炼过程，因此粗铝与外电源的正极相连；电解质溶液中Al以AlCl4－、Al2Cl7－的形式存在，在阴极得到电子，生成Al，电极方程式为4Al2Cl7－+3e－=7AlCl4－+Al；

(2)真空条件及1173K时，可用铝热还原Li5AlO4制备金属锂，Al则转化为Al2O3，化学方程式为3Li5AlO4+5Al15Li(g)+4Al2O3；

(3)①纯Al在0～3h，NO3－几乎没有被脱除，说明几乎没有反应，而在3h后，反应才开始，可能是由于Al的表面有一层氧化膜，阻止了反应的进行，因此纯Al在0~3h时，NO3-几乎没有被脱除，其原因是铝表面的氧化膜仍未被溶解；Al和NO3－反应，溶液是中性的，产物中Al以Al(OH)3的形式存在，Al的化合价从0升高到＋3价，NO3－中N的化合价从＋5价降低到0价，根据化合价升降守恒，Al和NO3－的系数比为5：3，再根据电荷守恒和原子守恒，可得离子方程式为10Al+6NO3－+12H2O+6H+10Al(OH)3+3N2↑；

②Al、Fe的活泼性不同，在溶液中可以构成原电池，加快电子转移，加快了反应速率。