Question

铝的利用成为人们研究的热点，是新型电池研发中重要的材料。

（1）通过以下反应制备金属铝。

反应1：Al₂O₃(s)＋AlCl₃(g)＋3C(s)===3AlCl(g)＋3CO(g)；ΔH₁＝akJ·mol^－1

反应2：Al₂O₃(s)＋3C(s)===2Al(l)＋3CO(g)；ΔH₂＝bkJ·mol^－1

反应3：3AlCl(g)===2Al(l)＋AlCl₃(g)；ΔH₃

①反应3的ΔH₃＝_______kJ·mol^－1。

②950℃时，铝土矿与足量的焦炭和Cl₂反应可制得AlCl₃。该反应的化学方程式是_______。

（2）在高温条件下进行反应：2Al(l)＋AlCl₃(g)3AlCl(g)。

①向图1所示的等容积A、B密闭容器中加入足量的Al粉，再分别充入1 mol  AlCl₃(g)，在相同的高温下进行反应。图2表示A容器内的AlCl₃(g)体积分数随时间的变化图，在图2中画出B容器内AlCl₃(g)体积分数随时间的变化曲线。__________

②1100℃时，向2 L密闭容器中通入3 mol AlCl(g)，发生反应：3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl₃(g)。已知该温度下AlCl(g)的平衡转化率为80%，则该反应的平衡常数K＝________。

③加入3molAlCl(g)，在不同压强下发生反应，温度对产率的影响如图3所示。此反应选择温度为900℃的原因是_______________。

（3）用铝制作的快速放电铝离子二次电池的原理如图4所示。

①该电池充电时，阴极的电极反应式为_____。

②AlCl₃和NaCl的熔融盐常用于镀铝电解池，电镀时AlCl₄^-和Al₂Cl₇^-两种离子在电极上相互转化，其他离子不参与电极反应。NaCl的作用是_____。

Answer

b－a Al2O3＋3C＋3Cl22AlCl3＋3CO 900℃时，产率已经较高，升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低 4Al2Cl7-＋3e－===Al＋7AlCl4- 生成AlCl4-和Al2Cl7-增强导电性

【解析】

（1）①已知反应①：Al2O3(s)＋AlCl3(g)＋3C(s)=3AlCl(g)＋3CO(g)；ΔH1＝akJ·mol－1

反应②：Al2O3(s)＋3C(s)=2Al(l)＋3CO(g)；ΔH2＝bkJ·mol－1

反应③：3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g)；ΔH3

根据盖斯定律，由②-①得反应③3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g) ΔH3=ΔH2-ΔH1= bkJ·mol－1- akJ·mol－1= （b－a） kJ·mol－1；

②950℃时，铝土矿与足量的焦炭和Cl2反应可制得AlCl3，同时高温条件下生成一氧化碳，反应的化学方程式是Al2O3＋3C＋3Cl22AlCl3＋3CO；

（2）①向图1所示的等容积A、B密闭容器中加入足量的Al粉，再分别充入1 mol AlCl3(g)，在相同的高温下进行反应。图2表示A容器内的AlCl3(g)体积分数随时间的变化图，B容器内体积可变，正反应为气体体积增大的反应，随着反应的进行气体总量增大，相对于容器A则容器B压强减小，反应速率减慢且平衡向气体体积增大的正反应方向移动，平衡时AlCl3(g)的体积分数减小，在图2中画出B容器内AlCl3(g)体积分数随时间的变化曲线如下：；

②1100℃时，向2 L密闭容器中通入3 mol AlCl(g)，发生反应：3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g)。已知该温度下AlCl(g)的平衡转化率为80%，根据三段式有：

3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g)。

开始时浓度（mol/L）1.5 0

改变的浓度（mol/L）1.2 0.4

平衡时浓度（mol/L）0.3 0.4

则该反应的平衡常数K＝；

③加入3molAlCl(g)，在不同压强下发生反应，温度对产率的影响如图3所示。反应选择温度为900℃的原因是900℃时，产率已经较高，升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低；

（3）①电池充电时，阴极上Al2Cl7-得电子产生铝和AlCl4-，电极反应式为4Al2Cl7-＋3e－===Al＋7AlCl4-；

②AlCl3和NaCl的熔融盐常用于镀铝电解池，电镀时AlCl4-和Al2Cl7-两种离子在电极上相互转化，NaCl的作用是生成AlCl4-和Al2Cl7-增强导电性，其他离子不参与电极反应。