Question

17．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（g）+3C（g）?2Fe（g）+3CO（g），
②3CO（g）+Fe₂O₃（g）?2Fe（g）+3CO₂（g）．则反应②的平衡常数的表达式为K=$\frac{c{\;}^{3}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）}$．
（2）氯化炉中Al₂O₃、Cl₂和C在高温下反应的化学方程式为A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2A1C1₃+3CO；其炉气中含有大量CO和少量C1₂，可用NaOH（或Na₂SO₃） 溶液除去Cl₂，并回收CO．
（3）升华器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，需加入一定量A1，其目的是Al+FeCl₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$AlCl₃+Fe．
（4）工业上另一种由铝灰为原料制备无水AlCl₃工艺中，最后一步是由AlCl₃•6H₂O脱去结晶水制备无水AlCl₃，直接加热不能得到无水AlCl₃，其原因是Al³⁺发生水解．已知SOCl₂为无色液体且极易与水反应生成HCl和SO₂，AlCl₃•6H₂O与SOCl₂混合加热可制取无水AlCl₃，写出该反应的化学方程式：AlCl₃•6H₂O+6SOCl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl₃+12HCl↑+6SO₂↑．

Answer 1

分析 流程分析可知铝土矿（主要成分是A1₂O₃和Fe₂O₃）和石油焦在焙烧炉中高温加热反应，得到混合物在氯化炉中高温反应生成氯化铝和一氧化碳，冷却后得到氯化铝固体，升华器中加入铝还原氯化铁，加入氯化钠在升华器中使氯化铝易升华，冷却得到固体氯化铝，
（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、C1₂和C反应会生成A1C1₃，由冷凝器尾气可知还会生成CO，炉气中含有大量CO和少量C1₂，可用NaOH（或Na₂SO₃）溶液除去Cl₂，并回收CO；
（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，据此书写化学方程式．

解答 解：（1）可逆反应3CO（g）+Fe₂O₃（s）?2Fe（s）+3CO₂（g）的化学平衡常数k=$\frac{c{\;}^{3}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）}$，
故答案为：$\frac{c{\;}^{3}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）}$；
（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A1C1₃，冷凝器尾气含有CO，所以Al₂O₃、C1₂和C反应，生成A1C1₃和CO，反应方程式为A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2A1C1₃+3CO，炉气中含有大量CO和少量C1₂，可用NaOH（或Na₂SO₃）溶液除去Cl₂，并回收CO，
故答案为：A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2A1C1₃+3CO；NaOH（或Na₂SO₃）；
（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+FeCl₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$AlCl₃+Fe，
故答案为：Al+FeCl₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$AlCl₃+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+6SOCl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl₃+12HCl↑+6SO₂↑，
故答案为：Al³⁺发生水解；AlCl₃•6H₂O+6SOCl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl₃+12HCl↑+6SO₂↑．

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．