摘要:24.(1)Al2O3,偏铝酸钠 2+2H2O+O2ㄔ4Fe(OH)3

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碳、氮和铝的单质及其化合物在工农业生产和生活中有重要作用.
(1)真空碳热还原一氯化法可实现由铝矿制备金属铝,其相关的热化学方程式如下:
2Al2O3(s)+2AlCl3(g)+6C(s)=6AlCl(g)+6CO(g);△H=a kJ?mol-1
3AlCl(g)=2Al(l)+AlCl3(g);△H=b kJ?mol-1
反应Al2O3(s)+3C(s)=2Al(l)+3CO(g)的△H=
 
kJ?mol-1
(用含a、b的代数式表示).
(2)用活性炭还原法可以处理氮氧化物.某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g);△H=Q kJ?mol-1.在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
时间(min)
浓度(mol/L)
0 10 20 30 40 50
NO 1.00 0.68 0.50 0.50 0.60 0.60
N2 0 0.16 0.25 0.25 0.30 0.30
CO2 0 0.16 0.25 0.25 0.30 0.30
①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)=
 
,T1℃时,该反应的平衡常数K=
 

②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是
 
 (填字母编号)
a.通入一定量的NO                b.加入一定量的活性炭
c.加入合适的催化剂              d.适当缩小容器的体积
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,则Q
 
  0(填“>”或“<”).
④在恒容绝热条件下,能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是
 
 (填选项编号)
a.单位时间内生成2nmol NO(g)的同时消耗nmol CO2(g)
b.反应体系的温度不再发生改变
c.混合气体的密度不再发生改变.
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二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源.由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:
甲醇合成反应:
(Ⅰ)CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1=-90.1kJ?mol-1
(Ⅱ)CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-49.0kJ?mol-1
水煤气变换反应:
(Ⅲ)CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2 (g)△H3=-41.1kJ?mol-1
二甲醚合成反应:
(Ⅳ)2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H4=-24.5kJ?mol-1
回答下列问题:
(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一.工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是
Al2O3(铝土矿)+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4,NaAl(OH)4+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3,2Al(OH)3
  △  
.
 
Al2O3+3H2O
Al2O3(铝土矿)+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4,NaAl(OH)4+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3,2Al(OH)3
  △  
.
 
Al2O3+3H2O
(以化学方程式表示).
(2)分析二甲醚合成反应(Ⅳ)对于CO转化率的影响
消耗甲醇,促进甲醇合成反应(Ⅰ)平衡右移,CO转化率增大;生成的H2O,通过水煤气变换反应(Ⅲ)消耗部分CO
消耗甲醇,促进甲醇合成反应(Ⅰ)平衡右移,CO转化率增大;生成的H2O,通过水煤气变换反应(Ⅲ)消耗部分CO

(3)由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为
2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3+H2O(g)△H=-204.7kJ?mol-1
2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3+H2O(g)△H=-204.7kJ?mol-1
.根据化学反应原理,分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响
该反应分子数减少,压强升高使平衡右移,CO和H2转化率增大,CH3OCH3产率增加.压强升高使CO和H2浓度增加,反应速率增大
该反应分子数减少,压强升高使平衡右移,CO和H2转化率增大,CH3OCH3产率增加.压强升高使CO和H2浓度增加,反应速率增大

(4)有研究者在催化剂(含Cu-Zn-Al-O和Al2O3)、压强为5.0MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚,结果如图所示.其中CO转化率随温度升高而降低的原因是
反应放热,温度升高,平衡左移
反应放热,温度升高,平衡左移

(5)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度等于甲醇直接燃料电池(5.93kW?h?kg-1).若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为
CH3OCH3+3H2O=2CO2+12H++12e-
CH3OCH3+3H2O=2CO2+12H++12e-
,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生
12
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个电子的能量;该电池的理论输出电压为1.20V,能量密度E=
1.2V×
1000g
46g/mol
×12×96500C/mol
1Kg
3.6×106J?kw-1?h-1
=8.39KW?h?kg-1
1.2V×
1000g
46g/mol
×12×96500C/mol
1Kg
3.6×106J?kw-1?h-1
=8.39KW?h?kg-1
(列式计算.能量密度=电池输出电能/燃料质量,1kW?h=3.6×106J).
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