Question

无水AlCl₃可用作有机合成的催化剂、食品膨松剂等．工业上由铝土矿（主要成分是Al₂O₃和Fe₂O₃）和石油焦（主要成分是碳单质）制备无水AlCl₃的流程如下：

（1）在焙烧炉中发生反应：
①Fe₂O₃（s）+3C（s）?2Fe（s）+3CO（g）；
②3CO（g）+Fe₂O₃（s）?2Fe（s）+3CO₂（g）．
则反应②的平衡常数的表达式为K=______．
（2）Al₂O₃、Cl₂和C在氯化炉中高温下发生反应，当生成1mol AlCl₃时转移______mol电子；炉气中含有大量CO和少量Cl₂，可用Na₂SO₃溶液除去Cl₂，其离子方程式为______．
（3）升华器中发生反应的化学方程式为______．
（4）工业上另一种由铝灰为原料制备无水AlCl₃工艺中，最后一步是由AlCl₃?6H₂O脱去结晶水制备无水AlCl₃，此反应必须在氯化氢的气流中加热，其原因是______．
已知SOCl₂为无色液体且极易与水反应生成HCl和SO₂，AlCl₃?6H2O与SOCl₂混合加热可制取无水AlCl₃，写出该反应的化学方程式：______．

Answer 1

解：（1）可逆反应3CO（g）+Fe₂O₃（s）?2Fe（s）+3CO₂（g）的化学平衡常数k=，
故答案为：；
（2）根据工艺流程可知氯化炉的产物，经冷却、升华可制备无水AlCl₃，说明氯化炉的产物中含有AlCl₃，冷凝器尾气含有CO，所以Al₂O₃、Cl₂和C反应，生成AlCl₃和CO，反应方程式为Al₂O₃+3Cl₂+3C 2AlCl₃+3CO，反应中氯元素化合价由0价降低为-1价，氯气是氧化剂，故生成1mol AlCl₃时转移电子为1mol×3=3mol，
Cl₂有强氧化性，将SO₃^2-氧化为SO₄^2-，自身被还原为Cl^-，反应离子方程式为SO₃^2-+Cl₂+H₂O═SO₄^2-+2Cl^-+2H⁺，
故答案为：3；SO₃^2-+Cl₂+H₂O═SO₄^2-+2Cl^-+2H⁺；
（3）由工艺流程可知，升华器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，加入少量Al除去FeCl₃，Al与FeCl₃反应生成Fe、AlCl₃，反应方程式为Al+FeCl₃AlCl₃+Fe，
故答案为：Al+FeCl₃AlCl₃+Fe；
（4）AlCl₃的水解，直接加热，水解彻底生成氢氧化铝，得不到氯化铝，必须在氯化氢的气流中加热，目的是抑制AlCl₃的水解，
由题目信息可知，AlCl₃?6H₂O与SOCl₂混合加热生成AlCl₃、HCl、SO₂，反应方程式为AlCl₃?6H₂O+6SOCl₂AlCl₃+12HCl↑+6SO₂↑，
故答案为：抑制AlCl₃的水解，AlCl₃?6H₂O+6SOCl₂AlCl₃+12HCl↑+6SO₂↑．
分析：（1）化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写，注意固体、醇液体不需要写出；
（2）根据工艺流程可知升华器中含有AlCl₃等，所以Al₂O₃、Cl₂和C反应会生成AlCl₃，由冷凝器尾气可知还会生成CO，根据氯元素化合价变化计算注意电子数目；
Cl₂有强氧化性，将SO₃^2-氧化为SO₄^2-，自身被还原为Cl^-；
（3）由工艺流程可知，升华器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，加入少量Al除去FeCl₃，Al与FeCl₃反应生成Fe、AlCl₃；
（4）AlCl₃的水解，直接加热，水解彻底生成氢氧化铝，得不到氯化铝；
由题目信息可知，AlCl₃?6H₂O与SOCl₂混合加热生成AlCl₃、HCl、SO₂．
点评：本题考查化学平衡常数、对工艺流程的理解与条件控制、常用化学用语等，难度中等，理解工艺流程是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，对学生的分析问题、解决问题的能力有较高的要求．