Question

以氧化铝为原料，通过碳热还原法可合成氮化铝（AlN）；通过电解法可制取铝。回答下列问题：

（1）已知：2Al₂O₃(s)=4Al(g)＋3O₂(g)    ΔH₁=3351kJ·molˉ¹

2C(s)＋O₂(g)=2CO(g)     ΔH₂=-221kJ·molˉ¹

2Al(g)＋N₂(g)=2AlN(s)     ΔH₃=-318kJ·molˉ¹

碳热还原Al₂O₃合成AlN的总热化学方程式是___。

（2）工业上用电解熔融氧化铝的方法来制取金属铝。纯净氧化铝的熔点很高（约2045℃），在实际生产中，通过加入助熔剂冰晶石（Na₃AlF₆）在1000℃左右就可以得到熔融体。

如图是电解槽的示意图。

①写出电解时阳极的电极反应式：___。

②电解过程中生成的氧气全部与石墨电极反应生成CO和CO₂气体。因此，需要不断补充石墨电极。工业生产中，每生产9吨铝阳极损失5.4吨石墨。每生产9吨铝转移电子的物质的量为___mol，生成的二氧化碳的物质的量为___mol。

（3）可用于电动汽车的铝—空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，以铝合金为负极。

①以NaCl溶液为电解质溶液时，正极反应式为___。

②以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应式为___。

Answer

3C(s)+Al2O3(s)+ N2(g)=2AlN(s)+3CO(g) ΔH=+1026kJ·molˉ1 2O2--4e-= O2↑ 106 5×104 O2+2H2O+4e−=4OH− Al+4OH−−3e−=AlO2−+2H2O

【解析】

（1）将三个方程式分别进行标号：①2Al2O3(s)=4Al(g)＋3O2(g)ΔH1=3351kJ·molˉ1；②2C(s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH2=-221kJ·molˉ1；③2Al(g)＋N2(g)=2AlN(s)ΔH3=-318kJ·molˉ1；×①+×②+③可得到碳热还原Al2O3合成AlN的反应方程式为3C+Al2O3+ N2=2AlN+3CO，根据盖斯定律，则总热化学方程式是3C(s)+Al2O3(s)+ N2(g)=2AlN(s)+3CO(g) ΔH=+1026kJ·molˉ1；故答案为：3C(s)+Al2O3(s)+ N2(g)=2AlN(s)+3CO(g) ΔH=+1026kJ·molˉ1；

（2）①电解熔融的氧化铝时，阳极氧离子放电，电极反应式为2O2--4e-= O2↑，故答案为：2O2--4e-= O2↑；

②每生成1molAl转移电子3mol，则每生产9吨铝转移电子的物质的量为n= ，5.4吨石墨的质量为，石墨电极反应生成CO和CO2气体，设生成二氧化碳的物质的量为x，由电子守恒可知，，解得x=5×104mol，故答案为：106；5×104；

（3）①以NaCl溶液为电解质溶液时，正极氧气放电，其正极反应式为O2+2H2O+4e−=4OH−，故答案为：O2+2H2O+4e−=4OH−；

②以NaOH溶液为电解质溶液时，负极铝放电转化为偏铝酸根，电极反应式为Al+4OH−−3e−=AlO2−+2H2O，故答案为：Al+4OH−−3e−=AlO2−+2H2O。