Question

【题目】碳热还原法广泛用于合金及材料的制备。回答下列问题：

(1)一种制备氮氧化铝的反应原理为23Al2O3+15C+5N2==2Al23O27N5+15CO，产物Al23O27N5中氮的化合价为______________________________。

(2)真空碳热冶铝法包含很多反应，其中的三个反应如下：

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可与足量盐酸反应制备一种最简单的烃，该反应的化学方程式为__________________________。(3)下列是碳热还原制锰合金的三个反应，CO与CO2平衡分压比的自然对数值(1nK=2.303lgK)与温度的关系如图所示(已知Kp是用平衡分压代替浓度计算所得的平衡常数。分压=总压×气体的物质的量分数)。

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的反应是__________________(填“I”“II”或“I”)。

②1200K时，在一体积为2L的恒容密闭容器中有17.7gMn3C(s)和0.4molCO2，只发生反应I，5min后达到平衡，此时CO的浓度为0.125mol/L，则0~5min内V(CO2)=____________。

③在一体积可变的密闭容器中加入一定量的Mn(s)并充入一定量的CO2(g)，只发生反应II，下列能说明反应II达到平衡的是____________(填字母)。

A.容器的体积不再改变 B.固体的质量不再改变 C.气体的总质量不再改变

④向恒容密闭容器中加入Mn3C并充入0.1molCO2，若只发生反应III，则在A点反应达到平衡。当容器的总压为akPa时，CO2的转化率为______________；A点对应温度下的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）根据化合价法则确定氮元素化合价；(2)根据盖斯定律进行△H3的计算，根据最简单的烃为甲烷及原子守恒规律书写方程式；(3) 升高温度，1nK增大，则K增大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，反应III符合；反应II: Mn(s)+CO2(g) MnO(s)+CO(g)为气体体积不变的放热反应，根据“变量不变达平衡”进行判断；（4）根据向恒容密闭容器中加入Mn3C并充入0.1molCO2，若只发生反应III，则在A点反应达到平衡，，则c(CO)=1/2c(CO2)进行解析。

(1)根据化合价法则，铝为+3价，氧为-2价，氮的化合价为-3；正确答案：-3。

(2) ①根据盖斯定律：反应①×2+反应②，可得2Al2O3 (s)+9C(s)== Al4C3 (s)+6CO(g)△H3=2△H1+△H2；正确答案：2△H1+△H2。

②最简单的烃为甲烷，Al4C3可与足量盐酸反应生成甲烷和氯化铝，反应的化学方程式为：Al4C3+12HCl==4AlCl3+3CH4↑；正确答案：Al4C3+12HCl==4AlCl3+3CH4↑。

(3)①由图中信息可知，反应III升高温度，1nK增大，则K增大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，△H>0；正确答案：III。

②0~5min内V(CO2)=4/5×=0.02mol·L-1·min-1 ；正确答案：0.02mol·L-1·min-1。

③反应II: Mn(s)+CO2(g) MnO(s)+CO(g)为气体体积不变的放热反应，根据变量不变达平衡进行判断；A.反应为气体不变的反应，反应中容器的体积不是变量，不能作为平衡状态的依据，A错误；反应为固体质量增大的反应，固体的质量为变量，当固体的质量不再改变时，反应达到平衡状态，B正确；反应是一个气体质量减小的反应，气体的总质量为变量，当气体的总质量不再改变时，反应达到平衡状态，C正确；正确选项BC 。

④向恒容密闭容器中加入Mn3C并充入0.1molCO2，若只发生反应III，则在A点反应达到平衡，，则c(CO)=1/2c(CO2),当容器的总压为akPa时，CO2的转化率为0.5/(1+0.5)×100%=33.3% , A点对应温度下的Kp(III)=P(CO)/p(CO2)=0.5akPa；正确答案：33.3% ；0.5akPa。