Question

【题目】氧化铝在工业生产中有多种用途。请根据信息回答：

（1）以氧化铝为原料，通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN)

己知：2Al2O3(s)＝4Al(g)＋3O2(g) △H1＝＋3351 kJ·mol－1

2C(s)＋O2 (g)＝2CO(g)； △H2＝－221 kJ·mol－1

2Al(g)＋N2(g)＝2AlN(s) △H3＝－318 kJ·mol－1

则碳热还原法合成AlN的热化学方程式为_____。

（2）电解氧化铝生产铝时，阳极产生的副产物CO2，可通过CO2甲烷化再利用，反应原理为：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) △H4。

常压下以Ru/TiO2作催化剂，在恒容且容积相同的不同容器中，分别充入10mol CO2和H2的混合气体(体积比1：4)于不同温度下进行反应，第tmin时分别测定CH4的体积分数，并绘成如图甲所示曲线。

①A、B、C、D、E五点中，尚未达到平衡的点是___，该反应的△H4__0(填“>”或“<”)。

②350℃时，在2L恒容密闭容器中测得CO2的平衡转化率如图乙所示，则前10 min的平均反应速率v(CO2)＝___；平衡常数为____

（3）据文献报道，科学家利用氮化镓材料与铜组成如图所示的人工光合系统装置，成功地以CO2和H2O为原料合成了CH4。

①写山铜电极表面的电极反应式____。

②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量__(选填“盐酸”或“硫酸”)。

Answer 1

【答案】3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(g)△H=+1026kJ/mol； AB； <； 0.4mol/(Lmin) 1 CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O 硫酸

【解析】

（1）利用盖斯定律进行计算；

（2）反应刚开始时，反应向正向进行，同时对应温度所对应的化学反应速率较慢，相同时间没有达到平衡，所以甲烷的体积分数增多，C点时恰好达到平衡，因为C点的时候，C点得温度高，对应的化学反应速率快，所以相同时间内恰好达到平衡，C点之后，温度升高速率更快，相同时间内提前达到平衡，接下来得时间温度影响平衡，使平衡发生移动，甲烷的体积分数减小；

（3）①根据电子移动方向判断出铜为正极；

②盐酸易挥发，所以不行；

（1）已知：①2Al2O3（s）=4Al（g）+3O2（g）△H1=+3351kJmol-1
②2C（s）+O2（g）=2CO（g）△H2=-221kJmol-1
③2Al（g）+N2（g）=2AlN（s）△H3=-318kJmol-1
盖斯定律计算（①+②×3+③×2）得到3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(g)△H=+1026kJ/mol；

（2）①A、B、C、D、E五点中，尚未达到平衡的点是A和B，因为反应刚开始时，反应向正向进行，同时对应温度所对应的化学反应速率较慢，相同时间没有达到平衡，所以甲烷的体积分数增多，C点时恰好达到平衡，因为C点的时候，C点得温度高，对应的化学反应速率快，所以相同时间内恰好达到平衡，C点之后，温度升高速率更快，相同时间内提前达到平衡，接下来得时间温度影响平衡，使平衡发生移动，甲烷的体积分数减小；根据C点之后温度升高平衡向甲烷减少的方向移动，推测出温度升高平衡向逆向移动，所以该反应的△H4<0；

②在常压、Ru/TiO2催化下,CO2和H2混和气体(体积比1:4,总物质的量50mol)进行反应，平衡时容器体积为2L，二氧化碳的转化率为80%， CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

起始(mol/L)52000

变化(mol/L)4 16 4 8

平衡(mol/L)1 4 4 8

所以v(CO2)==0.4mol/(Lmin),反应的平衡常数K==1；

（3）①根据电子移动方向判断出铜为正极，所以电极反应方程式为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O；

②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入硫酸，来提高氢离子浓度，因为盐酸易挥发，所以不行；