Question

（14分）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           。

（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下图曲线甲所示。下列说法不正确的是          。

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        。

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       （填“增大”、 “不变”或“减小”），理由是         。

（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             。

Answer

（1）Al2O（2分）；

（2）CD（2分）；增大（2分）；该反应在高温下自发，且△S＞0，所以△H＞0，即正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正方向移动。（2分）

＞（2分）；B（2分）

（3）AlN + NaOH + H2O = NaAlO2 + NH3（2分）

【解析】

试题分析：（1）X中Al与O的质量比为6．75∶2，原子数数目比为(6．75/27) ∶(2/16)=2∶1，可知X的化学式为Al2O；

（2）①从a、b两点坐标可得从a到b时间间隔内CO的浓度变化及需要的时间，可计算此时间间隔内反应的平均速率，A正确；某时刻瞬时速率可通过曲线上对应时间点的切线的斜率来表示，B正确；在反应进行的任一时刻反应物与生成物的速率之比都等于化学计量数之比，即3v（N2）=v（CO），C错误；维持温度、容积不变，若减少N2的物质的量进行反应，平衡将逆向进行，达到平衡时CO的浓度将低于甲的平衡浓度，D错误；

②恒温条件下，体系压强由p减小为0．5p，即容器体积增大一倍，平衡体系中各平衡浓度瞬间变为原来的1/2，由于压强减少时平衡正向移动，反应物N2的转化率增大，生成物的物质的量增大，即浓度比原来的1/2大，根据勒夏特列原理重新平衡时生成物的浓度不可能达到原浓度，故选项B符合题意；

③已经△G＝△H－T△S，当△G<0时反应能自发进行，反应Al2O3（s）+3C（s）+N2（g） 2AlN（s）+3CO（g）的△S＞0，该反应只有在高温下才能自发进行可知△H＞0，否则△H<0反应常温下就能进行，故随着温度升高，平衡正向进行， Al2O3的平衡转化率将增大。

（3）在氮化铝中加入氢氧化钠溶液，加热有氨气产生，考虑到铝元素在碱性条件下一般只能以AlO2-形式存在，可得发生反应的方程式为AlN + NaOH + H2O = NaAlO2 + NH3。

考点：化学平衡与平衡图像的分析，涉及反应原理探究、自由能的判断、平衡的移动等。