Question

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A l³⁺的单体形态铝（用Al_a表示）总浓度，主要为主要为[AlO₄ Al₁₂(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A1c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)△H₁=akJ·mol^-1

②3AlCl(g)= 2Al(s)+AlCl₃(g) △H₂=bkJ·mol^-1

则反应Al₂O₃(s)+33C(s)= 2Al(s)+ 3CO(g)△H=______kJ·mol^-1（用含a、b的代数式表尔）。 反应①在常压、1900 ℃ 的高温下才能进行，说明△H______( 填“>”“=”或“<”）。

（1）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）如下表：

①在一定温度下，c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的聚合氯化铝溶液加水稀释，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AlCl₃溶液中加入0.6 mol/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[AlO₄ Al₁₂(OH)₂₄(H₂O)₁₂ ]⁷⁺的离子方程式：_______。

（4）已知Al³⁺+4X=2，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0.194mol·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

a+b > 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)

【解析】（1）已知：①Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g)△H1=akJ·mol-1，②3AlCl(g)= 2Al(s)+AlCl3(g) △H2=bkJ·mol-1，根据盖斯定律，①+②可得：Al2O3(s)+3C(s)= 2Al(s)+ 3CO(g)，则△H=△H1+△H2=（a+b）kJ/mol；该反应△S＞0，反应①常压下在1900℃的高温下才能进行，△H-T△S＜0反应自发进行，说明该反应△H＞0；（2）①根据表中数据可知在一定温度下，c越大，Alc%越小；②根据表中数据如将c=2.520mol•L-1的聚合氯化铝溶液加水稀释，则稀释过程中会产生氢氧化铝胶体，因此主要发生反应的离子方程式Al3++3H2O⇌Al(OH)3(胶体)+3H+；（3）根据原子守恒和电荷守恒可知生成[AlO4 Al12(OH)24(H2O)12 ]7+的离子方程式为13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+；（4）①铝离子的起始浓度是0.05mol/L，1min时变为0.03mol/L，则参加反应的铝离子浓度是0.02mol/L，所以根据方程式可知1min时, 的浓度为0.02mol/L×2＝0.04mol/L；②0～3min内消耗铝离子是0.05mol/L-0.01mol/L=0.04mol/L，则根据方程式可知消耗X是0.04mol/L×4＝0.16mol/L，所以该反应的速率vx＝0.16mol/L÷3min＝0.053mol/(L·min)；③根据图像可知第9min时铝离子浓度是0.002mol/L，消耗铝离子是0.05mol/L-0.002mol/L=0.048mol/L，则根据方程式可知消耗X是0.048mol/L×4＝0.192mol/L，平衡时X浓度是0.194mol/L－0.192mol/L＝0.002mol/L， 的浓度为0.048mol/L×2＝0.096mol/L，所以反应达到平衡，K=。