Question

【題目】聚合氯化鋁是一種新型凈水劑，其中鋁的總濃度(用c表示）包括三類：主要為A l3+的單體形態(tài)鋁（用Ala表示）總濃度，主要為主要為[AlO4 Al12(OH)24(H2O)12 ]7+的中等聚合形態(tài)鋁總濃度(用Alb 表示)和Al(OH)3膠體形態(tài)鋁(用A1c表示)總濃度。

（1）真空碳熱還原一氧化法可實(shí)現(xiàn)由鋁土礦制備金屬鋁，相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

①Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g)△H1=akJ·mol-1

②3AlCl(g)= 2Al(s)+AlCl3(g) △H2=bkJ·mol-1

則反應(yīng)Al2O3(s)+33C(s)= 2Al(s)+ 3CO(g)△H=______kJ·mol-1（用含a、b的代數(shù)式表爾）。 反應(yīng)①在常壓、1900 ℃ 的高溫下才能進(jìn)行，說(shuō)明△H______( 填“>”“=”或“<”）。

（1）用膜蒸餾（簡(jiǎn)稱MD）濃縮技術(shù)將聚合氯化鋁溶液進(jìn)行濃縮，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不同濃度聚合氯化鋁溶液中鋁形態(tài)分布（百分?jǐn)?shù)）如下表：

①在一定溫度下，c越大,Al(OH)3膠體的百分含量______(填“越大”“越小”或“不變”)。

②若將c=2.520mol/L的聚合氯化鋁溶液加水稀釋，則稀釋過(guò)程中發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為_____________。

（3）一定條件下，向1.0mol/L的AlCl3溶液中加入0.6 mol/L的NaOH溶液，可制得Alb含量約為86 % 的聚合氯化鋁溶液。寫(xiě)出生成[AlO4 Al12(OH)24(H2O)12 ]7+的離子方程式：_______。

（4）已知Al3++4X=2，X表示顯色劑， 表示有色物質(zhì)，通過(guò)比色分析得到25 ℃時(shí)Al3+濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示（初始時(shí)X的濃度為0.194mol·L-1）。

①1min時(shí), 的濃度為___________。

②0～3min內(nèi)該反應(yīng)的速率vx＝________。

③第9min時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，K=__________(用代數(shù)式表示）。

Answer 1

【答案】 a+b > 越小 Al3++3H2O===Al(OH)3(膠體)+3H+ 13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+ 0.04mol/L 0.053mol/(L·min)

【解析】（1）已知：①Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g)△H1=akJ·mol-1，②3AlCl(g)= 2Al(s)+AlCl3(g) △H2=bkJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：Al2O3(s)+3C(s)= 2Al(s)+ 3CO(g)，則△H=△H1+△H2=（a+b）kJ/mol；該反應(yīng)△S＞0，反應(yīng)①常壓下在1900℃的高溫下才能進(jìn)行，△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，說(shuō)明該反應(yīng)△H＞0；（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知在一定溫度下，c越大，Alc%越��；②根據(jù)表中數(shù)據(jù)如將c=2.520molL-1的聚合氯化鋁溶液加水稀釋，則稀釋過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氫氧化鋁膠體，因此主要發(fā)生反應(yīng)的離子方程式Al3++3H2OAl(OH)3(膠體)+3H+；（3）根據(jù)原子守恒和電荷守恒可知生成[AlO4 Al12(OH)24(H2O)12 ]7+的離子方程式為13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+；（4）①鋁離子的起始濃度是0.05mol/L，1min時(shí)變?yōu)?.03mol/L，則參加反應(yīng)的鋁離子濃度是0.02mol/L，所以根據(jù)方程式可知1min時(shí), 的濃度為0.02mol/L×2＝0.04mol/L；②0～3min內(nèi)消耗鋁離子是0.05mol/L-0.01mol/L=0.04mol/L，則根據(jù)方程式可知消耗X是0.04mol/L×4＝0.16mol/L，所以該反應(yīng)的速率vx＝0.16mol/L÷3min＝0.053mol/(L·min)；③根據(jù)圖像可知第9min時(shí)鋁離子濃度是0.002mol/L，消耗鋁離子是0.05mol/L-0.002mol/L=0.048mol/L，則根據(jù)方程式可知消耗X是0.048mol/L×4＝0.192mol/L，平衡時(shí)X濃度是0.194mol/L－0.192mol/L＝0.002mol/L， 的濃度為0.048mol/L×2＝0.096mol/L，所以反應(yīng)達(dá)到平衡，K=。