Question

2．鋁和鐵是重要的金屬元素，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
Ⅰ、（1）鐵與水反應(yīng)：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(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù)）．
（2）①在t℃時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)測(cè)得混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量為$\frac{22}{3}$，則反應(yīng)的平衡常數(shù)K=16．
②下列說(shuō)法正確的是B（填字母序號(hào)）
A．若容器壓強(qiáng)恒定，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)  
B．若容器內(nèi)密度恒定，則反應(yīng)達(dá)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?jǐn)?shù)減少
D．增加Fe₃O₄就能提高H₂O的轉(zhuǎn)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(zhì)，起始時(shí)與平衡后的各物質(zhì)的量見(jiàn)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(dá)平衡后的裝置中繼續(xù)加入A，B，C三種狀況下的各物質(zhì)，見(jiàn)上表：
當(dāng)上述可逆反應(yīng)再一次達(dá)到平衡狀態(tài)后，將上述各裝置中H₂的體積分?jǐn)?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(jī)陽(yáng)離子、Al₂Cl₇^-和AlCl₄^-組成的離子液體作電解液時(shí)，可在鋼制品上電鍍鋁．
 （1）鋼制品應(yīng)接電源的負(fù)極，已知電鍍過(guò)程中不產(chǎn)生其他離子且有機(jī)陽(yáng)離子不參與電極反應(yīng)，陰極電極反應(yīng)式為4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-．
（2）若改用AlCl₃水溶液作電解液，則一段時(shí)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(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（2）①根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量計(jì)算混合氣體中水、氫氣的物質(zhì)的量之比，由于反應(yīng)前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}）}{{c}^{4}（{H}_{2}O）}$計(jì)算；
②A．容器壓強(qiáng)始終不變；
B．隨反應(yīng)進(jìn)行氣體質(zhì)量減小，若容器內(nèi)密度恒定，混合氣體總質(zhì)量不變，則反應(yīng)達(dá)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(qiáng)，等效后的平衡與原平衡相比，平衡不移動(dòng)；
D．增大固體的用量，不影響平衡移動(dòng)；
（3）A中各物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡起始各物質(zhì)對(duì)應(yīng)相等，但該容器為絕熱，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度與A相比發(fā)生變化，根據(jù)溫度變化判斷反應(yīng)移動(dòng)方向；
C中各物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡狀態(tài)對(duì)應(yīng)相等，則C處于平衡狀態(tài)；
B中轉(zhuǎn)化到左邊，F(xiàn)e、水的物質(zhì)的量與原平衡起始各物質(zhì)對(duì)應(yīng)相等，但該容器為絕熱，根據(jù)反應(yīng)熱判斷平衡時(shí)溫度與原平衡溫度高低，根據(jù)溫度變化判斷反應(yīng)移動(dòng)方向，進(jìn)而判斷氫氣含量大小關(guān)系；
Ⅱ．（1）鋼制品上電鍍鋁，鋁做陽(yáng)極，鋼制品做陰極，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，為離子中+3價(jià)Al獲得電子得到Al，電鍍過(guò)程中不產(chǎn)生其他離子且有機(jī)陽(yáng)離子不參與電極反應(yīng)，由離子中Al與Cl原子比例關(guān)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(yáng)極電極反應(yīng)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(yīng)式為：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑，生成的Al³⁺與OH^-的物質(zhì)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(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)測(cè)得混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量為$\frac{22}{3}$，設(shè)水、氫氣的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則$\frac{18x+2y}{x+y}$$\frac{22}{3}$，整理的x：y=1：2，由于反應(yīng)前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\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(yīng)為氣體體積不變的反應(yīng)，所以容器內(nèi)壓強(qiáng)始終不變，不能用壓強(qiáng)判斷平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．隨反應(yīng)進(jìn)行氣體質(zhì)量減小，若容器內(nèi)密度恒定，混合氣體總質(zhì)量不變，則反應(yīng)達(dá)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(qiáng)，等效后的平衡與原平衡相比，平衡不移動(dòng)，平衡時(shí)水的體積分?jǐn)?shù)不變，故C錯(cuò)誤；
D．增大固體的用量，不影響平衡移動(dòng)，不能提高H₂O的轉(zhuǎn)化率，故D錯(cuò)誤，
故選：B；
（3）3Fe（s）+4H₂O（g）=Fe₃O₄（s）+4H₂（g）△H=-150.8KJ/mol，正反應(yīng)是體積不變的放熱反應(yīng)，
A中各物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡起始各物質(zhì)對(duì)應(yīng)相等，但該容器為絕熱，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，與原平衡對(duì)比，相當(dāng)于在原平衡的基礎(chǔ)上升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，氫氣的體積分?jǐn)?shù)比原平衡的��；
C中各物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡狀態(tài)對(duì)應(yīng)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(zhuǎn)化到左邊，F(xiàn)e、水的物質(zhì)的量與原平衡起始各物質(zhì)對(duì)應(yīng)相等，但該容器為絕熱，該反應(yīng)逆向進(jìn)行建立平衡，平衡時(shí)的溫度小于原平衡，與原平衡相比，相當(dāng)于在原平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡正向移動(dòng)，氫氣的體積分?jǐn)?shù)比原平衡的大，
故氫氣體積分?jǐn)?shù)：B＞C＞A，
故答案為：B＞C＞A；
Ⅱ．（1）鋼制品上電鍍鋁，鋁做陽(yáng)極，連接電源的正極，鋼制品做陰極，連接電源的負(fù)極，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，為離子中+3價(jià)Al獲得電子得到Al，電鍍過(guò)程中不產(chǎn)生其他離子且有機(jī)陽(yáng)離子不參與電極反應(yīng)，由離子中Al與Cl原子比例關(guān)系，可知陰極上是Al₂Cl₇^-得到電子生成Al與AlCl₄^-，陰極電極反應(yīng)式為：4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-，
故答案為：負(fù)；4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-；
（2）改用AlCl₃水溶液作電解液，陽(yáng)極電極反應(yīng)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(yīng)式為：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑，生成的Al³⁺與OH^-的物質(zhì)的量之比為1：3，反應(yīng)恰好生成Al（OH）₃，沒(méi)有AlO₂^-離子生成，
故答案為：不能．

點(diǎn)評(píng) 本題屬于拼合型題目，涉及反應(yīng)熱計(jì)算、化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)、平衡狀態(tài)判斷、電解原理及電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)等，I（3）中注意為絕熱容器，隨反應(yīng)進(jìn)行，溫度發(fā)生變化，II（2）為易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生容易考慮鋁離子與氫氧根離子反應(yīng)可以生成偏鋁酸根，忽略量的問(wèn)題．