Question

15．氮化铝（AlN）是一种人工合成的非氧化物陶瓷材料，可在温度高于1500℃时，通过碳热还原法制得．实验研究认为，该碳热还原反应分两步进行：①Al₂O₃在碳的还原作用下生成铝的气态低价氧化物X（X中Al与O的质量比为6.75：2）；②在碳存在下，X与N₂反应生成AlN．请回答：
（1）X的化学式为Al₂O．
（2）碳热还原制备氮化铝的总反应化学方程式为：
Al₂O₃（s）+3C（s）+N₂（g）?2AlN（s）+3CO（g）
①在温度、容积恒定的反应体系中，CO浓度随时间的变化关系如图曲线甲所示．下列说法不正确的是CD．
A．从a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均速率
B．c点切线的斜率表示该化学反应在t时刻的瞬时速率
C．在不同时刻都存在关系：v（N₂）=3v（CO）
D．维持温度、容积不变，若减少N₂的物质的量进行反应，曲线甲将转变为曲线乙
②一定温度下，在压强为p的反应体系中，平衡时N₂的转化率为α，CO的物质的量浓度为c；若温度不变，反应体系的压强减小为0.5p，则N₂的平衡转化率将＞α （填“＜”、“=”或“＞”），平衡时CO的物质的量浓度B
A．小于0.5c　　　            B．大于0.5c，小于c
C．等于c　　　　　           D．大于c
③该反应只有在高温下才能自发进行，则随着温度升高，反应物Al₂O₃的平衡转化率将增大（填“增大”、“不变”或“减小”），理由是该反应在高温下自发，且△S＞0，所在△H＞0，即正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正方向移动．
（3）在氮化铝中加入氢氧化钠溶液，加热，吸收产生的氨气，进一步通过酸碱滴定法可以测定氮化铝产品中氮的含量．写出上述过程中氮化铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．

Answer 1

分析 （1）依据X中Al与O的质量比为6.75：2计算物质的量之比得到化学式；
（2）①A、图象中可以得到单位时间内的浓度变化，反应速率是单位时间内物质的浓度变化；
B、c点处的切线的斜率是此时刻物质浓度除以此时刻时间为瞬时速率；
C、化学反应速率之比等于化学方程式计量数之比分析；
D、维持温度、容积不变，若减少N₂的物质的量进行反应，平衡逆向进行，达到新的平衡状态；
②若温度不变，反应体系的压强减小为0.5p，平衡向气体体积增大的方向进行，平衡正向进行；
③该反应只有在高温下才能自发进行，结合反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0分析；
（3）根据题目信息：AlN溶于强碱溶液时会生成NH₃来书写方程式．

解答 解：（1）X中Al与O的质量比为6.75：2计算物质的量之比=$\frac{6.75}{27}$：$\frac{2}{16}$=0.25：0.125=2：1，化学式为：Al₂O，
故答案为：Al₂O；
（2）①A、图象中可以得到单位时间内的浓度变化，反应速率是单位时间内物质的浓度变化计算得到，从a、b两点坐标可求得从a到b时间间隔内该化学反应的平均速率，故A正确；
B、c点处的切线的斜率是此时刻物质浓度除以此时刻时间，为一氧化碳的瞬时速率，故B正确；
C、化学反应速率之比等于化学方程式计量数之比分析，3v（N₂）=v（CO），故C错误；
D、维持温度、容积不变，若减少N₂的物质的量进行反应，平衡逆向进行，达到新的平衡状态，平衡状态与原来的平衡状态不同，故D错误；
故答案为：CD；
②若温度不变，反应体系的压强减小为0.5p，平衡向气体体积增大的方向进行，平衡正向进行，N₂的平衡转化率增大，平衡时CO的物质的量浓度增大，CO的物质的量浓度大于0.5c，小于c，故选B，
故答案为：＞；B；
③Al₂O₃（s）+3C（s）+N₂（g）?2AlN（s）+3CO（g），反应的熵变大于0，该反应只有在高温下才能自发进行，则△H＞0，温度升高平衡正向进行，反应物Al₂O₃的平衡转化率将增大，
故答案为：增大；该反应在高温下自发，且△S＞0，所在△H＞0，即正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正方向移动；
（3）根据题目信息：AlN溶于强碱溶液时会生成NH₃，化学方程式为：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，故答案为：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．

点评 本题考查了化学平衡影响因素分析判断，化学方程式书写方法，主要是图象分析应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．