Question

2．铝和铁是重要的金属元素，请回答下列问题：
Ⅰ、（1）铁与水反应：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
则△H=-150.8KJ/mol（计算结果保留一位小数）．
（2）①在t℃时，该反应达到平衡状态测得混合气体平均相对分子质量为$\frac{22}{3}$，则反应的平衡常数K=16．
②下列说法正确的是B（填字母序号）
A．若容器压强恒定，则反应达到平衡状态  
B．若容器内密度恒定，则反应达到平衡状态
C．恒温恒容平衡后，加入少量H₂，再次平衡后，H₂O（g）的体积分数减少
D．增加Fe₃O₄就能提高H₂O的转化率
（3）若反就发生在恒容绝热的装置中，按下表充入起始物质，起始时与平衡后的各物质的量见下表：

	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

若在达平衡后的装置中继续加入A，B，C三种状况下的各物质，见上表：
当上述可逆反应再一次达到平衡状态后，将上述各装置中H₂的体积分数由大到小的顺序排列：B＞C＞A（用A，B，C表示）
Ⅱ．离子液体是一室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al₂Cl₇^-和AlCl₄^-组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝．
 （1）钢制品应接电源的负极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-．
（2）若改用AlCl₃水溶液作电解液，则一段时间后不能生成AlO₂^-离子．（填能或不能）

Answer 1

分析 I．（1）根据盖斯定律，已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也进行相应的计算；
（2）①根据相对分子质量计算混合气体中水、氢气的物质的量之比，由于反应前后气体体积不变，用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}）}{{c}^{4}（{H}_{2}O）}$计算；
②A．容器压强始终不变；
B．随反应进行气体质量减小，若容器内密度恒定，混合气体总质量不变，则反应达到平衡状态；
C．恒温恒容平衡后，加入少量H₂，等效为增大压强，等效后的平衡与原平衡相比，平衡不移动；
D．增大固体的用量，不影响平衡移动；
（3）A中各物质的物质的量与原平衡起始各物质对应相等，但该容器为绝热，随反应进行温度与A相比发生变化，根据温度变化判断反应移动方向；
C中各物质的物质的量与原平衡状态对应相等，则C处于平衡状态；
B中转化到左边，Fe、水的物质的量与原平衡起始各物质对应相等，但该容器为绝热，根据反应热判断平衡时温度与原平衡温度高低，根据温度变化判断反应移动方向，进而判断氢气含量大小关系；
Ⅱ．（1）钢制品上电镀铝，铝做阳极，钢制品做阴极，阴极发生还原反应，为离子中+3价Al获得电子得到Al，电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，由离子中Al与Cl原子比例关系，可知阴极上是Al₂Cl₇^-得到电子生成Al与AlCl₄^-；
（2）改用AlCl₃水溶液作电解液，阳极电极反应式为：2Al-6e^-=2Al³⁺，阴极上是水电离的氢离子放电生成氢气、OH^-，电极反应式为：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑，生成的Al³⁺与OH^-的物质的量之比为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；
根据盖斯定律可知：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；
故答案为：-150.8KJ/mol；
（2）①在t℃时，该反应达到平衡状态测得混合气体平均相对分子质量为$\frac{22}{3}$，设水、氢气的物质的量分别为xmol、ymol，则$\frac{18x+2y}{x+y}$$\frac{22}{3}$，整理的x：y=1：2，由于反应前后气体体积不变，用物质的量代替浓度计算平衡常数，故平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}）}{{c}^{4}（{H}_{2}O）}$=$\frac{{2}^{4}}{{1}^{4}}$=16，
故答案为：16；
②A．该反应为气体体积不变的反应，所以容器内压强始终不变，不能用压强判断平衡状态，故A错误；
B．随反应进行气体质量减小，若容器内密度恒定，混合气体总质量不变，则反应达到平衡状态，故B正确；
C．恒温恒容平衡后，加入少量H₂，等效为增大压强，等效后的平衡与原平衡相比，平衡不移动，平衡时水的体积分数不变，故C错误；
D．增大固体的用量，不影响平衡移动，不能提高H₂O的转化率，故D错误，
故选：B；
（3）3Fe（s）+4H₂O（g）=Fe₃O₄（s）+4H₂（g）△H=-150.8KJ/mol，正反应是体积不变的放热反应，
A中各物质的物质的量与原平衡起始各物质对应相等，但该容器为绝热，随反应进行温度升高，与原平衡对比，相当于在原平衡的基础上升高温度，平衡逆向移动，氢气的体积分数比原平衡的小；
C中各物质的物质的量与原平衡状态对应相等，则C处于平衡状态，氢气体积发生等于原平衡的；
B中转化到左边，Fe、水的物质的量与原平衡起始各物质对应相等，但该容器为绝热，该反应逆向进行建立平衡，平衡时的温度小于原平衡，与原平衡相比，相当于在原平衡的基础上降低温度，平衡正向移动，氢气的体积分数比原平衡的大，
故氢气体积分数：B＞C＞A，
故答案为：B＞C＞A；
Ⅱ．（1）钢制品上电镀铝，铝做阳极，连接电源的正极，钢制品做阴极，连接电源的负极，阴极发生还原反应，为离子中+3价Al获得电子得到Al，电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，由离子中Al与Cl原子比例关系，可知阴极上是Al₂Cl₇^-得到电子生成Al与AlCl₄^-，阴极电极反应式为：4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-，
故答案为：负；4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-；
（2）改用AlCl₃水溶液作电解液，阳极电极反应式为：2Al-6e^-=2Al³⁺，阴极上是水电离的氢离子放电生成氢气、OH^-，电极反应式为：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑，生成的Al³⁺与OH^-的物质的量之比为1：3，反应恰好生成Al（OH）₃，没有AlO₂^-离子生成，
故答案为：不能．

点评 本题属于拼合型题目，涉及反应热计算、化学平衡计算、化学平衡移动、平衡状态判断、电解原理及电极反应式书写等，I（3）中注意为绝热容器，随反应进行，温度发生变化，II（2）为易错点，学生容易考虑铝离子与氢氧根离子反应可以生成偏铝酸根，忽略量的问题．