Question

【題目】鋁的利用成為人們研究的熱點，是新型電池研發中重要的材料。

（1）通過以下反應制備金屬鋁。

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

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

反應3：3AlCl(g)===2Al(l)＋AlCl3(g)；ΔH3

①反應3的ΔH3＝_______kJ·mol－1。

②950℃時，鋁土礦與足量的焦炭和Cl2反應可制得AlCl3。該反應的化學方程式是_______。

（2）在高溫條件下進行反應：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1 mol AlCl3(g)，在相同的高溫下進行反應。圖2表示A容器內的AlCl3(g)體積分數隨時間的變化圖，在圖2中畫出B容器內AlCl3(g)體積分數隨時間的變化曲線。__________

②1100℃時，向2 L密閉容器中通入3 mol AlCl(g)，發生反應：3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g)。已知該溫度下AlCl(g)的平衡轉化率為80%，則該反應的平衡常數K＝________。

③加入3molAlCl(g)，在不同壓強下發生反應，溫度對產率的影響如圖3所示。此反應選擇溫度為900℃的原因是_______________。

（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。

①該電池充電時，陰極的電極反應式為_____。

②AlCl3和NaCl的熔融鹽常用于鍍鋁電解池，電鍍時AlCl4-和Al2Cl7-兩種離子在電極上相互轉化，其他離子不參與電極反應。NaCl的作用是_____。

Answer 1

【答案】b－a Al2O3＋3C＋3Cl22AlCl3＋3CO 900℃時，產率已經較高，升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低 4Al2Cl7-＋3e－===Al＋7AlCl4- 生成AlCl4-和Al2Cl7-增強導電性

【解析】

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

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

反應③：3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g)；ΔH3

根據蓋斯定律，由②-①得反應③3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g) ΔH3=ΔH2-ΔH1= bkJ·mol－1- akJ·mol－1= （b－a） kJ·mol－1；

②950℃時，鋁土礦與足量的焦炭和Cl2反應可制得AlCl3，同時高溫條件下生成一氧化碳，反應的化學方程式是Al2O3＋3C＋3Cl22AlCl3＋3CO；

（2）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1 mol AlCl3(g)，在相同的高溫下進行反應。圖2表示A容器內的AlCl3(g)體積分數隨時間的變化圖，B容器內體積可變，正反應為氣體體積增大的反應，隨著反應的進行氣體總量增大，相對于容器A則容器B壓強減小，反應速率減慢且平衡向氣體體積增大的正反應方向移動，平衡時AlCl3(g)的體積分數減小，在圖2中畫出B容器內AlCl3(g)體積分數隨時間的變化曲線如下：；

②1100℃時，向2 L密閉容器中通入3 mol AlCl(g)，發生反應：3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g)。已知該溫度下AlCl(g)的平衡轉化率為80%，根據三段式有：

3AlCl(g)=2Al(l)＋AlCl3(g)。

開始時濃度（mol/L）1.5 0

改變的濃度（mol/L）1.2 0.4

平衡時濃度（mol/L）0.3 0.4

則該反應的平衡常數K＝；

③加入3molAlCl(g)，在不同壓強下發生反應，溫度對產率的影響如圖3所示。反應選擇溫度為900℃的原因是900℃時，產率已經較高，升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低；

（3）①電池充電時，陰極上Al2Cl7-得電子產生鋁和AlCl4-，電極反應式為4Al2Cl7-＋3e－===Al＋7AlCl4-；

②AlCl3和NaCl的熔融鹽常用于鍍鋁電解池，電鍍時AlCl4-和Al2Cl7-兩種離子在電極上相互轉化，NaCl的作用是生成AlCl4-和Al2Cl7-增強導電性，其他離子不參與電極反應。