Question

鋁是地殼中含量最高的金屬元素，其單質(zhì)及合金在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用日趨廣泛．
（1）真空碳熱還原-氯化法可實現(xiàn)由鋁礦制備金屬鋁，其相關(guān)的熱化學(xué)方程式如下：
Al₂O₃（s）+AlCl₃（g）+3C（s）═3AlCl（g）+3CO（g）△H=+a kJ?mol^-1
3AlCl（g）═3Al（l）+AlCl₃（g）△H=+b kJ?mol^-1
則反應(yīng)Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g）△H=

 

kJ?mol^-1（用含a、b的代數(shù)式表示）．
（2）Al₄C₃是真空碳熱還原-氯化法反應(yīng)過程的中間產(chǎn)物，它可以與鹽酸反應(yīng)制取CH₄，某新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH₄和O₂，電解質(zhì)為KOH溶液．某研究小組用該甲烷燃料電池作為電源，進行電解飽和MgCl₂溶液的實驗，如圖1所示．
回答下列問題：
①閉合K開關(guān)后，c、d電極上均有氣體產(chǎn)生．其中c電極產(chǎn)生的氣體能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣�鉀試紙變藍．則b處通入的氣體為

 

，負極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為

 

．
②電解氯化鎂溶液的離子反應(yīng)方程式為

 

；
③若甲烷通入量為224mL（標準狀況），且反應(yīng)完全，則理論上通過電解池的電量為

 

（法拉第常數(shù)F=9.65×l0⁴C?mol^-1），如果電能利用率為75%，則能產(chǎn)生的氯氣體積為

 

 mL（標準狀況）．
（3）鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂）是一種潛在的貯氫材料，可在氬氣氛圍中，將一定化學(xué)計量比的Mg、Al單質(zhì)在一定溫度下熔煉獲得．該合金在一定條件下完全吸氫的反應(yīng)方程式為：Mg₁₇Al₁₂+17H₂═17MgH₂+12Al．得到物質(zhì)的量之比為17：12的MgH₂和Al的混合物Y，Y在一定條件下釋放出氫氣．
①熔煉制備鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂）時通入氬氣的目的是

 

．
②在6.0mol/L HCl溶液中，混合物Y能完全釋放出H₂．1mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氫后得到的混合物Y與上述鹽酸完全反應(yīng)，釋放出H₂的物質(zhì)的量為

 

．
③25℃時在②所得溶液中加入適量的NaOH溶液至沉淀恰好不再變化，過濾得濾液．測得濾液的pH為13．則該溶液中由水電離出的c（OH^-）為

 

．

Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,化學(xué)方程式的有關(guān)計算,化學(xué)電源新型電池,電解原理

專題：計算題,基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算所需熱化學(xué)方程式；
（2）①右圖為電解池，左池為原電池，c電極產(chǎn)生的氣體能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣�鉀試紙變藍判斷為Cl₂，則c為陽極，d為陰極，a為負極，b為正極，原電池中甲烷在負極失電子在堿性溶液中反應(yīng)生成碳酸鉀溶液，正極是氧氣得到電子生成氫氧根離子；
②電解氯化鎂溶液反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀，氫氣和氯氣；
③根據(jù)關(guān)系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂計算；
（3）①鎂、鋁是親氧元素，易被氧氣氧化；
②釋放出的H₂ 包括Mg₁₇Al₁₂吸收的氫，還包括鎂、鋁和鹽酸反應(yīng)生成的氫氣；
③25℃時在②所得溶液為氯化鎂、氯化鋁溶液，加入適量的NaOH溶液至沉淀恰好不再變化，過濾得濾液為偏鋁酸鈉，依據(jù)溶液中存在離子積常數(shù)進行計算；

解答： 解：（1）①Al₂O₃（s）+AlCl₃（g）+3C（s）═3AlCl（g）+3CO（g）△H=+a kJ?mol^-1
②3AlCl（g）═3Al（l）+AlCl₃（g）△H=+b kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算①+②得到：Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g）△H=a+bKJ/mol；
故答案為a+b；
（2）①右圖為電解池，左池為原電池，c電極產(chǎn)生的氣體能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣�鉀試紙變藍判斷為Cl₂，則c為陽極，d為陰極，a為負極，b為正極，原電池中甲烷在負極失電子在堿性溶液中反應(yīng)生成碳酸鉀溶液，電極反應(yīng)為：CH₄-8e-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；正極是氧氣得到電子生成氫氧根離子，b電極通入的是氧氣；
故答案為：O₂；CH₄-8e-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②電解氯化鎂溶液的離子反應(yīng)方程為：Mg²⁺+2Cl^-+2H₂O

電解  .

  Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑；
故答案為：Mg²⁺+2Cl^-+2H₂O

電解  .

  Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑；
③根據(jù)得失電子守恒，可得：1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂，故若每個電池甲烷通入量為224mL（標準狀況），生成4×0.224L Cl₂；電解池通過的電量為

0.224L

22.4L/mol

×8×9.65×10⁴C?mol^-1=7.72×10³C；如果電能利用率為75%生成氯氣4×0.224L×75%=0.672L；
故答案為：7.72×10³C，672ml；
（3）①鎂、鋁都是活潑的金屬單質(zhì)，容易被空氣中的氧氣氧化，通入氬氣作保護氣，以防止二者被氧化
，故答案為：防止Mg Al被空氣氧化；
②1molMg₁₇Al₁₂完全吸氫17mol，在鹽酸中會全部釋放出來，鎂鋁合金中的鎂和鋁都能與鹽酸反應(yīng)生成H₂，生成氫氣的物質(zhì)的量分別為17mol、18mol，則生成氫氣一共（17+17+12×

3

2

）mol=52mol，
故答案為：52；
③25℃時在②所得溶液為氯化鎂、氯化鋁溶液，加入適量的NaOH溶液至沉淀恰好不再變化，過濾得濾液為偏鋁酸鈉，偏鋁酸根離子水解溶液呈堿性，測得濾液的pH為13．則該溶液中由水電離出的c（OH^-）=

10-14

10-13

=0.1mol/L；
故答案為：0.1mol/L；

點評：本題以鋁為題材，考查蓋斯定律、鋁及其化合物的性質(zhì)以及電化學(xué)反應(yīng)方程式，意在考查考生閱讀新信息，處理新情況的能力，電極反應(yīng)式的書寫是易錯點，難度較大．