Question

【題目】鋁及其合金可用作材料、鋁熱劑等，在環(huán)境修復等方面也有著巨大的應用潛力。

(1)鋁的冶煉、提純的方法很多。

①高溫碳熱歧化氯化法冶鋁包含的反應之一為：Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)3CO(g)+3AlCl(g)，其平衡常數表達式為K=_______________。

②碳熱還原Al2O3冶鋁的部分反應如下：

Ⅰ.2Al2O3(s)+9C(s)=Al4C3(s)+6CO(g) △H1=akJ/mol

Ⅱ. 4Al2O3(s)+Al4C3(s)=3Al4O4C(s) △H2=bkJ/mol

Ⅲ. Al4O4C(s)+Al4C3(s)=8Al(g)+4CO(g) △H3=ckJ/mol

反應Al2O3(s)+3C(s)=2Al(g)+3CO(g)的△H=__________kJ/mol

③用離子液體AICb-BMIC(陽離子為EMIM+、陰離子為AlCl4－、Al2Cl7－)作電解質，可實現電解精煉鋁。粗鋁與外電源的_____________極(填“正”或“負")相連；工作時，陰極的電極反應式為_______________。

(2)真空條件及1173K時，可用鋁熱還原Li5AlO4制備金屬鋰(氣態(tài))，寫出該反應的化學方程式：__________________________。

(3)用Al、Fe或Al-Fe合金還原脫除水體中的硝態(tài)氮(NO3--N)，在45℃，起始c(KNO3-N)為50mg·L-1、維持溶液呈中性并通入Ar等條件下進行脫除實驗。結果如圖所示(c0為起始濃度、c為剩余濃度)：

①純Al在0~3h時，NO3-幾乎沒有被脫除，其原因是_______________________；寫出3h后NO3-被還原為N2的離子方程式：____________________________。

②Al-Fe合金1~2h比純A13~4h的脫除速率快得多的可能原因是________________。

Answer 1

【答案】 正 4Al2Cl7－+3e－ = 7AlCl4－+Al 3Li5AlO4 + 5Al 15Li(g) + 4Al2O3 鋁表面的氧化膜仍未被溶解 10Al + 6NO3－+ 12H2O + 6H+10Al(OH)3 + 3N2↑ Al-Fe形成原電池能加速電子轉移

【解析】

(1)①平衡常數表達式為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值；

②利用蓋斯定律去反應熱；

③電解精煉時，粗鋁作陽極，而陰極上生成Al；

(3)②Al、Fe的活潑性不同，在溶液中可以構成原電池，加快反應速率。

(1)①平衡常數表達式為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值，固體的濃度為定值，不出現在表達式中，則平衡常數；

②根據蓋斯定律，反應Ⅰ×+反應Ⅱ×+反應Ⅲ×可得目標反應Al2O3(s)+3C(s)=2Al(g)+3CO(g)，則△H=△H1×+△H2×+△H3×kJ/mol

=kJ/mol；

③電解精煉中，含有雜質的金屬作陽極，失去電子，形成離子進入電解質中，在陰極得到電子得到單質，從而完成冶煉過程，因此粗鋁與外電源的正極相連；電解質溶液中Al以AlCl4－、Al2Cl7－的形式存在，在陰極得到電子，生成Al，電極方程式為4Al2Cl7－+3e－=7AlCl4－+Al；

(2)真空條件及1173K時，可用鋁熱還原Li5AlO4制備金屬鋰，Al則轉化為Al2O3，化學方程式為3Li5AlO4+5Al15Li(g)+4Al2O3；

(3)①純Al在0～3h，NO3－幾乎沒有被脫除，說明幾乎沒有反應，而在3h后，反應才開始，可能是由于Al的表面有一層氧化膜，阻止了反應的進行，因此純Al在0~3h時，NO3-幾乎沒有被脫除，其原因是鋁表面的氧化膜仍未被溶解；Al和NO3－反應，溶液是中性的，產物中Al以Al(OH)3的形式存在，Al的化合價從0升高到＋3價，NO3－中N的化合價從＋5價降低到0價，根據化合價升降守恒，Al和NO3－的系數比為5：3，再根據電荷守恒和原子守恒，可得離子方程式為10Al+6NO3－+12H2O+6H+10Al(OH)3+3N2↑；

②Al、Fe的活潑性不同，在溶液中可以構成原電池，加快電子轉移，加快了反應速率。