Question

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 l mol Al₂₃O₂₇N₅转移的电子数为_______________ 。 

(2) 真空碳热冶铝法包含很多反应．其中的三个反应如下：

Al₂O₃ (s) +3C(s)=Al₂OC(s) +2CO(g)    △H₁

2Al₂OC(s)+3C(s)=Al₄C₃(s)+2CO(g)      △H₂

2Al₂O₃(s) +9C(s)= Al₄C₃(s)+6CO(g)    △H₃

①△H₃=________    ( 用△H₁、△H₂表示)．

②Al₄C₃可与足量盐酸反应制备简单的烃。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() 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，分压＝总压 × 气体的物质的量分数)。

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)

①△H>O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0～5 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 达到平衡状态的是________ (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

④向恒容密闭容器中加入Mn₃C并充入0.l molCO₂, 若只发生反应III. 则在A点反应达到平衡时，容器的总压为akPa, CO₂的转化率为______; A点对应温度下的Kp(III) =______。

Answer

-3 9.03×1024(或15NA) 2△H1 +△H2 Al4C3+12HCl=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5×3NA =15 NA，故答案为：-3；9.03×1024(或15NA)；

(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，故答案为：2△H1 +△H2；

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↑，故答案为：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，故答案为：Ⅲ；

②0~5min内v(CO2)=v(CO)=×mol·L-1·min-1，故答案为：0.02mol•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。

故答案为：BC；

④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，故答案为：33.3%；0.5akPa。