Question

碳热还原法广泛用于合金及材料的制备。因答下列问题:

(1)种制备氮氧化铝的反应原理为23Al₂O₃+15C+5N₂=2Al₂₃O₂₇N₅+15CO,产物Al₂₃O₂₇N₅中氮的化合价为____,该反应中每生成1mol Al₂₃O₂₇N₅,转移的电子数为_____________。

(2)真空碳热冶得法包含很多反应,其中的三个反应如下:

Al₂O₃(s)+3C(s)=Al₂OC(s)+2CO(g)   ΔH₁

2Al₂OC(s)+3C(s)=Al₄C₃(s)+2CO(g) ΔH₂

2Al₂O₃(s)+9C(s)=Al₄C₃(s)+6CO(g) ΔH₃

①ΔH₃=______(用ΔH₁、ΔH₂表示)。

②Al₄C₃可与足量盐酸反应制备种最简单的烃。该反应的化学方程式为_____________。

(3)下列是碳热还原制锰合金的三个反应,CO与CO₂平衡分压比的自然对数值(lnK=2.3031gK)与温度的关系如图所示(已知K_p是用平衡分压代替浓度计算所得的平衡常数,分压=总压×气体的物质的量分数)。

Ⅰ.Mn₃C(s)+4CO₂(g)3MnO(s)+ 5CO(g)    K_p(I)

Ⅱ.Mn(s)+CO₂(g)MnO(s)+CO(g) K_p(Ⅱ)

Ⅲ.Mn₃C(s)+CO₂(g)3Mn(s)+2CO(g)Kp(Ⅲ)

①ΔH>0的反应是______ (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

②1200K时,在一体积为2L的恒容密闭容器中有17.7gMn₃C(s)和0.4molCO₂,只发生反应Ⅰ，5min后达到平衡，此时CO的浓度为0.125mol/L,则0~5min内v(CO₂)=_____________。

③在一体积可变的密闭容器中加入一定量的Mn(s)并充入一定量的CO₂(g),只发生反应Ⅱ,下列能说明反应Ⅱ达到平衡的是_____(填标号)。

A.容器的体积不再改变

B.固体的质量不再改变

C.气体的总质量不再改变

③向恒容密闭容器中加入Mn₃C并充入0.1molCO,若只发生反应Ⅲ,则在A点反应达到平衡，当容器的总压为akPa时,CO的转化率为______;A点对应温度下的K_p(Ⅲ)=________。

Answer

-3 9.03×1024(或15NA) 2ΔH1+ΔH2 Al4C3+12HC1=4AlCl3+3CH4↑ Ⅲ 0.02mol·L-1·min-1 BC 33.3% 0.5akPa

【解析】(1)反应23Al2O3+15C+5N2=2Al23O27N5+15CO中,产物Al23O27N5中氮的化合价为-3价,该反应中每生成1mol Al23O27N5,转移的电子数为5×3 NA =15 NA；(2)已知Ⅰ、Al2O3(s)+3C(s)=Al2OC(s)+2CO(g) ΔH1

Ⅱ、2Al2OC(s)+3C(s)=Al4C3(s)+2CO(g) ΔH2

Ⅲ2Al2O3(s)+9C(s)=Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3

①根据盖斯定律，由Ⅰ×2+Ⅱ得反应Ⅲ2Al2O3(s)+9C(s)=Al4C3(s)+6CO(g) ΔH3= 2ΔH1+ΔH2；

②Al4C3可与足量盐酸反应制备一种最简单的烃CH4，根据质量守恒配平可得反应的化学方程式为Al4C3+12HC1=4AlCl3+3CH4↑；(3)①由图中信息可知，反应Ⅲ升高温度，lnK增大，则K增大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，ΔH>0；②0~5min内v(CO2)= v(CO)= ×mol·L-1·min-1；③反应Ⅱ.Mn(s)+CO2(g)MnO(s)+CO(g)为气体体积不变的放热反应,根据“变量不变达平衡”进行判断。 A.反应为气体不变的反应，反应过程容器的体积不是变量，不能作为平衡状态的判断依据，选项A不选；B.反应是一个固体质量增大的反应，固体的质量为变量，当固体的质量不再改变说明达到平衡状态，选项B选；C.反应是一个气体质量减小的反应，气体的总质量为变量，当不再改变说明达平衡状态，选项C选。答案选BC；③向恒容密闭容器中加入Mn3C并充入0.1molCO,若只发生反应Ⅲ,则在A点反应达到平衡，ln，则，当容器的总压为akPa时,CO的转化率为；A点对应温度下的Kp(Ⅲ)= 0.5akPa。