Question

【題目】鋁的利用成為人們研究的熱點(diǎn)，是新型電池研發(fā)中重要的材料。

（1）通過(guò)以下反應(yīng)制備金屬鋁。

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

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

反應(yīng)3：3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g)；ΔH3

試比較a、b的大小，并說(shuō)明理由：a___b，理由是___。

（2）在高溫條件下進(jìn)行反應(yīng)：2Al(l)＋AlCl3(g)3AlCl(g)。

①向圖1所示的等容積A、B密閉容器中加入足量的Al粉，再分別充入1molAlCl3(g)，在相同的高溫下進(jìn)行反應(yīng)。圖2表示A容器內(nèi)的AlCl3(g)體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化圖，在圖2中畫(huà)出B容器內(nèi)AlCl3(g)體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化曲線。___

②1100℃時(shí)，向2L密閉容器中通入3molAlCl(g)，發(fā)生反應(yīng)：3AlCl(g)2Al(l)＋AlCl3(g)。已知該溫度下AlCl(g)的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝___。

③加入3molAlCl(g)，在不同壓強(qiáng)下發(fā)生反應(yīng)，溫度對(duì)產(chǎn)率的影響如圖3所示。此反應(yīng)選擇溫度為900℃的原因是___。研究表明，當(dāng)溫度達(dá)到2500℃以上時(shí)，圖中曲線重合，試分析可能原因___。

（3）用鋁制作的快速放電鋁離子二次電池的原理如圖4所示。該電池充電時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式為___。

Answer 1

【答案】< 因?yàn)榉磻?yīng)3為分解反應(yīng)，是吸熱反應(yīng)，所以(b-a)>0； 或14.8 900℃時(shí)，產(chǎn)率已經(jīng)較高，升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟(jì)效益降低 高溫條件下，可能Al氣化使反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等，相同溫度不同壓強(qiáng)下達(dá)到平衡，產(chǎn)率相同 4Al2Cl7-＋3e－=Al＋7AlCl4-

【解析】

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

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

根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)2-反應(yīng)1得到反應(yīng)3的焓變△H3，即可比較出a、b大小；

(2)①反應(yīng)2Al (I) +AlCl3 (g) =3AlCl (g) 正向是體積增大的反應(yīng)，容器A是恒容體系，容器B是恒壓體系，隨著反應(yīng)進(jìn)行，氣體物質(zhì)的量增大，容器A中壓強(qiáng)增大，容器B體積增大，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器B相當(dāng)容器A減壓，則容器B中反應(yīng)速率減小、平衡時(shí)間增大；

②根據(jù)反應(yīng)的三段式計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，代入平衡常數(shù)K表達(dá)式中計(jì)算K；

③觀察圖3可知，壓強(qiáng)一定，溫度達(dá)到850°C后，AlCl3的產(chǎn)率隨溫度升高變化不大，結(jié)合升溫會(huì)增大能耗分析解答；
(3) 由圖4可知，原電池負(fù)極Al失去電子與AlCl4-結(jié)合生成Al2Cl7-；充電時(shí)，原電池負(fù)極與電源負(fù)極相接，成為陰極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，據(jù)此解答。

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

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

根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)2-反應(yīng)1得到反應(yīng)3: 反應(yīng)3：3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g)；△H3= (b- a) kJ.mol1，因?yàn)榉磻?yīng)3為分解反應(yīng)，是吸熱反應(yīng)，所以(b-a) >0，故答案為：<，因?yàn)榉磻?yīng)3為分解反應(yīng)，是吸熱反應(yīng)，所以(b-a) >0；
(2)、①容器A是恒容體系，容器B是恒壓體系， 反應(yīng)正向是體積增大的反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，氣體物質(zhì)的量增大，則容器A中壓強(qiáng)增大、容器B體積增大，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器B相當(dāng)容器A減壓，則容器B中反應(yīng)速率減小，平衡時(shí)間增大，關(guān)系如圖，故答案為：；
②反應(yīng)的三段式為3AlCl(g)2Al(l)＋AlCl3(g)
起始濃度(mol/L) 1.5 0 0
變化濃度(mol/L) 1.2 0.4 0.4

平衡濃度(mol/L) 0.3 0.4 0.4

平衡常數(shù)=，故答案為：

③觀察圖3可知，壓強(qiáng)一定溫度達(dá)到850°C后，AlCl3的產(chǎn)率隨溫度升高變化不大，所以反應(yīng)選擇溫度為900°C是為了降低能耗、提高經(jīng)濟(jì)效益，故答案為:：900°C時(shí)， 產(chǎn)率已經(jīng)較高，升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟(jì)效益降低；
(3)由圖4可知，原電池負(fù)極Al失去電子與AlCl4-結(jié)合生成Al2Cl7-，負(fù)極反應(yīng)式為Al＋7AlCl4--3e－=4Al2Cl7-

，充電時(shí)，原電池負(fù)極成為陰極，發(fā)生的反應(yīng)與原電池反應(yīng)相反，即陰極電極反應(yīng)式為4Al2Cl7-＋3e－=Al＋7AlCl4-，故答案為：4Al2Cl7-＋3e－=Al＋7AlCl4-；