Question

【题目】碳热还原法广泛用于合金及材料的制备。回答下列问题：

(1)一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1 mol Al23O27N5，转移的电子数为________NA。

(2)真空碳热冶铝法包含很多反应，其中的三个反应如下：

Ⅰ.Al2O3(s)＋3C(s)=Al2OC(s)＋2CO(g)　ΔH1

Ⅱ.2Al2OC(s)＋3C(s)=Al4C3(s)＋2CO(g)　ΔH2

Ⅲ.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一种烃。该反应的化学方程式为________________。

(3)下列是碳热还原法制锰合金的三个反应，CO与CO2平衡分压比的自然对数值与温度的关系如图所示(已知Kp是用平衡分压代替浓度计算所得的平衡常数)。

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

Ⅱ.Mn(s)＋CO2(g)MnO(s)＋CO(g)　　　　　　Kp(Ⅱ)

Ⅲ.Mn3C(s)＋CO2(g)3Mn(s)＋2CO(g)　　　　Kp(Ⅲ)

①ΔH>0的反应是____(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

②1 200 K时，在一体积为2 L的恒容密闭容器中有17.7 g Mn3C(s)和0.4 mol CO2，只发生反应Ⅰ，5 min 后达到平衡，此时CO的浓度为0.125 mol/L，则0～5 min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____(填字母)。

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

Answer 1

【答案】－3 15 2ΔH1＋ΔH2 Al4C3＋12HCl=4AlCl3＋3CH4↑ Ⅲ 0.02 mol·L－1·min－1 BC

【解析】

（1）化合价通过物质化合价代数和为0计算可得；转移电子数通过氧化反应得失电子守恒计算可知；

（2）通过盖斯定律计算ΔH3；Al4C3可与足量盐酸反应制取烃类C前后化合价不变可知烃为CH4；

（3）由图中信息可知，反应Ⅲ升高温度，ln K增大，则K增大，平衡正向移动，正反应为吸热反应；反应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。

(1)Al23O27N5中Al为＋3价，O为－2价，设氮的化合价为x，则(＋3)×23＋(－2)×27＋5x＝0，解得x＝－3，反应 中N的化合价降低3价，则每生成1 mol Al23O27N5，转移的电子数为5×3NA＝15NA。

故答案为：－3；15；

(2)已知Ⅰ　 ΔH1；Ⅱ. 　ΔH2；Ⅲ. 　ΔH3；①根据盖斯定律，由Ⅰ×2＋Ⅱ得反应Ⅲ 　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 。

故答案为：2ΔH1＋ΔH2；；

(3)①由图中信息可知，反应Ⅲ升高温度，ln K增大，则K增大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，ΔH>0，故选Ⅲ；

②0～5 min内v(CO2)＝v(CO)＝×＝0.02 mol·L－1·min－1；

③反应Ⅱ.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；

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；

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。

故答案为：Ⅲ；0.02 mol·L－1·min－1；BC。