Question

2．鋁和鐵是重要的金屬元素，請回答下列問題：
Ⅰ、（1）鐵與水反應：3Fe（s）+4H₂O（g）=Fe₃O₄（s）+4H₂（g）△H
已知：①3Fe（s）+2O₂（g）?Fe₃O₄（s）△H₁=-1118.4kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H₂=-483.8kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H₃=-571.8kJ/mol
則△H=-150.8KJ/mol（計算結果保留一位小數(shù)）．
（2）①在t℃時，該反應達到平衡狀態(tài)測得混合氣體平均相對分子質量為$\frac{22}{3}$，則反應的平衡常數(shù)K=16．
②下列說法正確的是B（填字母序號）
A．若容器壓強恒定，則反應達到平衡狀態(tài)  
B．若容器內密度恒定，則反應達到平衡狀態(tài)
C．恒溫恒容平衡后，加入少量H₂，再次平衡后，H₂O（g）的體積分數(shù)減少
D．增加Fe₃O₄就能提高H₂O的轉化率
（3）若反就發(fā)生在恒容絕熱的裝置中，按下表充入起始物質，起始時與平衡后的各物質的量見下表：

	Fe	H2O（g）	Fe3O4	H2
起始/mol	3.0	4.0	0	0
平衡/mol	m	n	p	Q

	Fe	H2O（g）	F3O4	H2
A/mol	3.0	4.0	0	0
B/mol	0	0	1.0	4.0
C/mol	m	n	p	Q

若在達平衡后的裝置中繼續(xù)加入A，B，C三種狀況下的各物質，見上表：
當上述可逆反應再一次達到平衡狀態(tài)后，將上述各裝置中H₂的體積分數(shù)由大到小的順序排列：B＞C＞A（用A，B，C表示）
Ⅱ．離子液體是一室溫熔融鹽，為非水體系，由有機陽離子、Al₂Cl₇^-和AlCl₄^-組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁．
 （1）鋼制品應接電源的負極，已知電鍍過程中不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，陰極電極反應式為4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-．
（2）若改用AlCl₃水溶液作電解液，則一段時間后不能生成AlO₂^-離子．（填能或不能）

Answer 1

分析 I．（1）根據(jù)蓋斯定律，已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也進行相應的計算；
（2）①根據(jù)相對分子質量計算混合氣體中水、氫氣的物質的量之比，由于反應前后氣體體積不變，用物質的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}）}{{c}^{4}（{H}_{2}O）}$計算；
②A．容器壓強始終不變；
B．隨反應進行氣體質量減小，若容器內密度恒定，混合氣體總質量不變，則反應達到平衡狀態(tài)；
C．恒溫恒容平衡后，加入少量H₂，等效為增大壓強，等效后的平衡與原平衡相比，平衡不移動；
D．增大固體的用量，不影響平衡移動；
（3）A中各物質的物質的量與原平衡起始各物質對應相等，但該容器為絕熱，隨反應進行溫度與A相比發(fā)生變化，根據(jù)溫度變化判斷反應移動方向；
C中各物質的物質的量與原平衡狀態(tài)對應相等，則C處于平衡狀態(tài)；
B中轉化到左邊，F(xiàn)e、水的物質的量與原平衡起始各物質對應相等，但該容器為絕熱，根據(jù)反應熱判斷平衡時溫度與原平衡溫度高低，根據(jù)溫度變化判斷反應移動方向，進而判斷氫氣含量大小關系；
Ⅱ．（1）鋼制品上電鍍鋁，鋁做陽極，鋼制品做陰極，陰極發(fā)生還原反應，為離子中+3價Al獲得電子得到Al，電鍍過程中不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，由離子中Al與Cl原子比例關系，可知陰極上是Al₂Cl₇^-得到電子生成Al與AlCl₄^-；
（2）改用AlCl₃水溶液作電解液，陽極電極反應式為：2Al-6e^-=2Al³⁺，陰極上是水電離的氫離子放電生成氫氣、OH^-，電極反應式為：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑，生成的Al³⁺與OH^-的物質的量之比為1：3．

解答 解：（1）已知：①3Fe（s）+2O₂（g）?Fe₃O₄（s）△H ₁=-1118.4KJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H ₁=-483.8KJ/mol；
③2H₂（g）+O（g）?2H₂O（l）△H ₁=-571.8KJ/mol；
根據(jù)蓋斯定律可知：①-②×2可得：3Fe（s）+4H₂O（g）=Fe₃O₄（s）+4H₂（g） 故△H=△H ₁-2△H₂）=（-1118.4kJ/mol）-2×（-483.8kJ/mol）=-150.8KJ/mol；
故答案為：-150.8KJ/mol；
（2）①在t℃時，該反應達到平衡狀態(tài)測得混合氣體平均相對分子質量為$\frac{22}{3}$，設水、氫氣的物質的量分別為xmol、ymol，則$\frac{18x+2y}{x+y}$$\frac{22}{3}$，整理的x：y=1：2，由于反應前后氣體體積不變，用物質的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}）}{{c}^{4}（{H}_{2}O）}$=$\frac{{2}^{4}}{{1}^{4}}$=16，
故答案為：16；
②A．該反應為氣體體積不變的反應，所以容器內壓強始終不變，不能用壓強判斷平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．隨反應進行氣體質量減小，若容器內密度恒定，混合氣體總質量不變，則反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．恒溫恒容平衡后，加入少量H₂，等效為增大壓強，等效后的平衡與原平衡相比，平衡不移動，平衡時水的體積分數(shù)不變，故C錯誤；
D．增大固體的用量，不影響平衡移動，不能提高H₂O的轉化率，故D錯誤，
故選：B；
（3）3Fe（s）+4H₂O（g）=Fe₃O₄（s）+4H₂（g）△H=-150.8KJ/mol，正反應是體積不變的放熱反應，
A中各物質的物質的量與原平衡起始各物質對應相等，但該容器為絕熱，隨反應進行溫度升高，與原平衡對比，相當于在原平衡的基礎上升高溫度，平衡逆向移動，氫氣的體積分數(shù)比原平衡的��；
C中各物質的物質的量與原平衡狀態(tài)對應相等，則C處于平衡狀態(tài)，氫氣體積發(fā)生等于原平衡的；
B中轉化到左邊，F(xiàn)e、水的物質的量與原平衡起始各物質對應相等，但該容器為絕熱，該反應逆向進行建立平衡，平衡時的溫度小于原平衡，與原平衡相比，相當于在原平衡的基礎上降低溫度，平衡正向移動，氫氣的體積分數(shù)比原平衡的大，
故氫氣體積分數(shù)：B＞C＞A，
故答案為：B＞C＞A；
Ⅱ．（1）鋼制品上電鍍鋁，鋁做陽極，連接電源的正極，鋼制品做陰極，連接電源的負極，陰極發(fā)生還原反應，為離子中+3價Al獲得電子得到Al，電鍍過程中不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，由離子中Al與Cl原子比例關系，可知陰極上是Al₂Cl₇^-得到電子生成Al與AlCl₄^-，陰極電極反應式為：4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-，
故答案為：負；4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-；
（2）改用AlCl₃水溶液作電解液，陽極電極反應式為：2Al-6e^-=2Al³⁺，陰極上是水電離的氫離子放電生成氫氣、OH^-，電極反應式為：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑，生成的Al³⁺與OH^-的物質的量之比為1：3，反應恰好生成Al（OH）₃，沒有AlO₂^-離子生成，
故答案為：不能．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及反應熱計算、化學平衡計算、化學平衡移動、平衡狀態(tài)判斷、電解原理及電極反應式書寫等，I（3）中注意為絕熱容器，隨反應進行，溫度發(fā)生變化，II（2）為易錯點，學生容易考慮鋁離子與氫氧根離子反應可以生成偏鋁酸根，忽略量的問題．