Question

【题目】碳热还原法广泛用于合金及材料的制备。回下列问题:

(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______,该反应中每生成1 mol Al23O27N5,转移的电子数为________NA。

(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) ΔH1

2Al2OC(s)+3C(s) =Al4C3(s)+2CO(g) ΔH2

2Al2O3(s)+9C(s)= Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3

①ΔH3=_________(用ΔH1、ΔH2表示)。

②Al4C3可与足量盐酸反应制备一种烃。该反应的化学方程式为____________。

(3)下列是碳热还原法制锰合金的三个反应,CO与CO2平衡分压比的自然对数值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)。

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)

①ΔH>0的反应是____(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

②1200 K时,在一体积为2 L的恒容密闭容器中有17.7 g Mn3C(s)和0.4 mol CO2,只发生反应Ⅰ,5 min后达到平衡,此时CO的浓度为0.125 mol/L,则0~5 min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

Answer 1

【答案】-3 15 2ΔH1+ΔH2 Al4C3+12HCl = 4AlCl3+3CH4↑ Ⅲ 0.02 mol·L-1·min-1 BC

【解析】

(1)根据化合价代数和为零求氮元素化合价，根据化合价变化求转移的电子数；

(2)①根据盖斯定律，由Ⅰ×2+Ⅱ得反应Ⅲ，计算反应热；

②Al4C3可与足量盐酸反应制备一种最简单的烃CH4，根据质量守恒配平可得反应的化学方程式；

(3)①由图中信息可知，反应Ⅲ升高温度，lnK增大，则K增大，平衡正向移动，正反应为吸热反应；

②根据v(CO2)= v(CO)计算；

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。

(1) Al23O27N5中Al为+3价，O为-2价，设氮的化合价为x，则（+3）23+（-2）27+5x=0，解得x=-3，

反应23Al2O3+15C+5N2=2Al23O27N5+15CO中N的化合价降低3价，则每生成1mol Al23O27N5，转移的电子数为5×3 NA =15 NA；

故答案为：-3；15；

(2)已知Ⅰ、Al2O3(s)+3C(s)=Al2OC(s)+2CO(g) ΔH1

Ⅱ、2Al2OC(s)+3C(s)= Al4C3(s)+2CO(g) ΔH2

Ⅲ、2Al2O3(s)+9C(s)=Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3

①根据盖斯定律，由Ⅰ×2+Ⅱ得反应Ⅲ 2Al2O3(s)+9C(s)= Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3= 2ΔH1+ΔH2；

②Al4C3可与足量盐酸反应制备一种最简单的烃CH4，根据质量守恒配平可得反应的化学方程式为Al4C3+12HCl=4AlCl3+3CH4↑；

故答案为：2ΔH1+ΔH2；Al4C3+12HCl=4AlCl3+3CH4↑；

(3)①由图中信息可知，反应Ⅲ升高温度，lnK增大，则K增大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，ΔH>0，故选Ⅲ；

②0~5min内v(CO2)= v(CO)=×=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，反应过程容器的体积不是变量，不能作为平衡状态的判断依据，选项A不选；

B.反应是一个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说明达到平衡状态，选项B选；

C.反应是一个气体质量减小的反应，气体的总质量为变量，当不再改变说明达平衡状态，选项C选。答案选BC。

故答案为：Ⅲ ；0.02 mol·L-1·min-1 ；BC。