Question

铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛．
（1）真空碳热还原-氯化法可实现由铝矿制备金属铝，其相关的热化学方程式如下：
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
则反应Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g）△H=

 

kJ?mol^-1（用含a、b的代数式表示）．
（2）Al₄C₃是真空碳热还原-氯化法反应过程的中间产物，它可以与盐酸反应制取CH₄，某新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH₄和O₂，电解质为KOH溶液．某研究小组用该甲烷燃料电池作为电源，进行电解饱和MgCl₂溶液的实验，如图1所示．
回答下列问题：
①闭合K开关后，c、d电极上均有气体产生．其中c电极产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝．则b处通入的气体为

 

，负极上发生的电极反应式为

 

．
②电解氯化镁溶液的离子反应方程式为

 

；
③若甲烷通入量为224mL（标准状况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为

 

（法拉第常数F=9.65×l0⁴C?mol^-1），如果电能利用率为75%，则能产生的氯气体积为

 

 mL（标准状况）．
（3）镁铝合金（Mg₁₇Al₁₂）是一种潜在的贮氢材料，可在氩气氛围中，将一定化学计量比的Mg、Al单质在一定温度下熔炼获得．该合金在一定条件下完全吸氢的反应方程式为：Mg₁₇Al₁₂+17H₂═17MgH₂+12Al．得到物质的量之比为17：12的MgH₂和Al的混合物Y，Y在一定条件下释放出氢气．
①熔炼制备镁铝合金（Mg₁₇Al₁₂）时通入氩气的目的是

 

．
②在6.0mol/L HCl溶液中，混合物Y能完全释放出H₂．1mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氢后得到的混合物Y与上述盐酸完全反应，释放出H₂的物质的量为

 

．
③25℃时在②所得溶液中加入适量的NaOH溶液至沉淀恰好不再变化，过滤得滤液．测得滤液的pH为13．则该溶液中由水电离出的c（OH^-）为

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学方程式的有关计算,化学电源新型电池,电解原理

专题：计算题,基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式；
（2）①右图为电解池，左池为原电池，c电极产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝判断为Cl₂，则c为阳极，d为阴极，a为负极，b为正极，原电池中甲烷在负极失电子在碱性溶液中反应生成碳酸钾溶液，正极是氧气得到电子生成氢氧根离子；
②电解氯化镁溶液反应生成氢氧化镁沉淀，氢气和氯气；
③根据关系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂计算；
（3）①镁、铝是亲氧元素，易被氧气氧化；
②释放出的H₂ 包括Mg₁₇Al₁₂吸收的氢，还包括镁、铝和盐酸反应生成的氢气；
③25℃时在②所得溶液为氯化镁、氯化铝溶液，加入适量的NaOH溶液至沉淀恰好不再变化，过滤得滤液为偏铝酸钠，依据溶液中存在离子积常数进行计算；

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
依据盖斯定律计算①+②得到：Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g）△H=a+bKJ/mol；
故答案为a+b；
（2）①右图为电解池，左池为原电池，c电极产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝判断为Cl₂，则c为阳极，d为阴极，a为负极，b为正极，原电池中甲烷在负极失电子在碱性溶液中反应生成碳酸钾溶液，电极反应为：CH₄-8e-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；正极是氧气得到电子生成氢氧根离子，b电极通入的是氧气；
故答案为：O₂；CH₄-8e-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②电解氯化镁溶液的离子反应方程为：Mg²⁺+2Cl^-+2H₂O

电解  .

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

电解  .

  Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑；
③根据得失电子守恒，可得：1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂，故若每个电池甲烷通入量为224mL（标准状况），生成4×0.224L Cl₂；电解池通过的电量为

0.224L

22.4L/mol

×8×9.65×10⁴C?mol^-1=7.72×10³C；如果电能利用率为75%生成氯气4×0.224L×75%=0.672L；
故答案为：7.72×10³C，672ml；
（3）①镁、铝都是活泼的金属单质，容易被空气中的氧气氧化，通入氩气作保护气，以防止二者被氧化
，故答案为：防止Mg Al被空气氧化；
②1molMg₁₇Al₁₂完全吸氢17mol，在盐酸中会全部释放出来，镁铝合金中的镁和铝都能与盐酸反应生成H₂，生成氢气的物质的量分别为17mol、18mol，则生成氢气一共（17+17+12×

3

2

）mol=52mol，
故答案为：52；
③25℃时在②所得溶液为氯化镁、氯化铝溶液，加入适量的NaOH溶液至沉淀恰好不再变化，过滤得滤液为偏铝酸钠，偏铝酸根离子水解溶液呈碱性，测得滤液的pH为13．则该溶液中由水电离出的c（OH^-）=

10-14

10-13

=0.1mol/L；
故答案为：0.1mol/L；

点评：本题以铝为题材，考查盖斯定律、铝及其化合物的性质以及电化学反应方程式，意在考查考生阅读新信息，处理新情况的能力，电极反应式的书写是易错点，难度较大．