Question

【题目】聚合氯化铝是一种新型净水剂，其中铝的总浓度（用c表示）包括三类：主要为Al3+中的单体形态铝（用Ala表示）总浓度，主要为 [AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+的中等聚合形态铝总浓度（用Alb表示）和Al(OH)3胶体形态铝（用Alc表示）总浓度。

（1）真空碳热还原一氧化法可实现由铝土矿制备金属铝，相关反应的热化学方程式如下：

①Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g) ΔH1=akJ·mol-1

②6AlCl(g)=4Al(s)+2AlCl3(g) ΔH2=bkJ·mol-1

则反应Al2O3(s) +3C(s)=2Al (s)+3CO(g) 说明ΔH=_______kJ·mol-1（用含a、b的代数式表示）。

_0( 填“>”或“<”)。

反应①在常压、1900℃的高温下才能进行，说明ΔH_______0（填“＞”、“＜”或“=”）

（2）用膜蒸馏（简称MD）浓缩技术将聚合氯化铝溶液进行浓缩，实验过程中不同浓度聚合氯化铝溶液中铝形态分布（百分数）如右表：

AlT/（mol·L-1）	Ala/%	Alb/%	A1c/%
0.208	1.4	86.6	12.0
0.489	2.3	86.2	11.5
0.884	2.3	88.1	9.6
1.613	3.1	87.0	9.9
2.520	4.5	88.2	7.3

①在一定温度下，AlT越大，Al(OH)3胶体的百分含量________（填“越大”“越小”或“不变”）。

②若将c=2.520mol/L的聚合氧化铝溶液加水稀释，则稀释过程中发生的主要反应的离子方程式为_________________________________。

（3）一定条件下，向1.0mol/L的AlCl溶液中加入0.6mol/L的NaOH溶液，可制得Alb含量约为86% 的聚合氯化铝溶液。写出生成[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+的离子方程式：_________________________。

（4）已知Al3++4X2，X表示显色剂，表示有色物质，通过比色分析得

到25 ℃时Al3+浓度随时间的变化关系如图所示（初始时X的浓度为0.194 mol·L-1）。

①1min时， 的浓度为___________。

②0～3min内该反应的速率vx＝________。

③第9min时，反应达到平衡，K=__________（用代数式表示）。

Answer 1

【答案】 a+0.5b ＞ 越小 Al3++3H2O=Al(OH)3（胶体）+3H+ 13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+ 0.04mol/L 0.053mol/（L·min） K=(9.6×10-2)2/(2×10-3)5

【解析】（1）化学方程式①+化学方程式②/2，即可得到Al2O3(s) +3C(s)=2Al (s)+3CO(g)，所以ΔH=ΔH1+ΔH2/2= a+0.5b；Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g)是熵增加的反应，根据吉布斯自由能ΔG=ΔH-TΔS，可知反应在较高温度下才能自发进行时的 ΔH>0。

（2）①由表格数据可知，在一定温度下，AlT越大，Al(OH)3胶体的百分含量越小。

②由实验数据可知稀释时，Al3+浓度减小，Al(OH)3浓度增加，所以发生的主要反应为：Al3++3H2O=Al(OH)3（胶体）+3H+。

（3）Al3+和OH-在水溶液中生成[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+，根据原子守恒和电荷守恒可写出对应的离子方程式为：13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+。

（4）①1分钟内Al3+的浓度减少0.02mol/L，根据方程式可知1min时的浓度为0.02mol/L×2=0.04mol/L。

②0～3min内Al3+的反应速率v=（0.05-0.01）÷3=mol/（L·min），所以v(X)= mol/（L·min）×4=0.053mol/（L·min）。

③反应达平衡时，Al3+的浓度减少0.048mol/L，则X的浓度减少0.192mol/L，的浓度增大0.096mol/L，所以平衡时Al3+的浓度为0.002mol/L，X的浓度为0.002mol/L，的浓度为0.096mol/L，故K=(9.6×10-2)2/(2×10-3)5。