Question

鐵和鋁是我們日常生活中應用最廣泛的金屬材料．
（1）已知：2Fe（s）+

3

2

O₂（g）═Fe₂O₃（s）△H=-823.7kJ?mol^-1
          2Al（s）+

3

2

O₂（g）═Al₂O₃（s）△H=-1675.7kJ?mol^-1
寫出鋁熱反應的熱化學方程式

 

，該反應常用于

 

，理由是

 

．
（2）工業上用Al-Si-Fe合金在一定條件下還原白云石[主要成分為CaMg（CO₃）₂]可制取金屬鎂．實際生產中鎂的還原率在不同條件下的變化曲線如圖1、圖2所示．

①實際生產中通過添加氟鹽來提高鎂的還原率，選擇最佳的氟鹽及添加量是

 

．
②溫度一般控制在1140℃，原因是

 

．
③若將一定質量的Al-Si-Fe合金投入100mL a mol/L硫酸（過量），充分反應后過濾，向濾液中加入5mol/L的氫氧化鈉溶液，當加到200mL時生成的沉淀量最大，則a的值為

 

．
（3）大功率Al-H₂O₂動力電池原理如圖3所示，電池放電時負極的Al轉化為Al（OH）₄^-．透過離子交換膜的離子為

 

，該電池反應的離子方程式為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學電源新型電池,鎂、鋁的重要化合物

專題：化學反應中的能量變化,電化學專題,幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）根據蓋斯定律來分析，鋁熱反應常用于焊接鋼軌；
（2）①根據圖象分析；
②該溫度時，鎂的還原率已很高；
③根據生成的沉淀量最大時，溶質為硫酸鈉，利用Na原子守恒求算；
（3）負極反應是要消耗OH^-，所以OH^-要透過離子交換膜到負極區域；根據正負極的反應物書寫．

解答： 解：（1）已知反應①2Fe（s）+

3

2

O₂（g）═Fe₂O₃（s）△H=-823.7kJ?mol^-1
               ②2Al（s）+

3

2

O₂（g）═Al₂O₃（s）△H=-1675.7kJ?mol^-1
根據蓋斯定律，將②-①可得：2Al（s）+Fe₂O₃（s）═Al₂O₃（s）+2Fe（s）△H=（-1675.7kJ?mol^-1）-（-823.7kJ?mol^-1）=-852.0kJ?mol^-1，
鋁熱反應常用于焊接鐵軌，原因是反應放出大量的熱使生成的鐵熔化，
故答案為：2Al（s）+Fe₂O₃（s）═Al₂O₃（s）+2Fe（s）△H=-852.0kJ?mol^-1，焊接鐵軌，反應放出大量的熱使生成的鐵熔化；
（2）①根據圖象分析加入CaF₂時鎂的還原率高，當加入的CaF₂的量為3%時，鎂的還原率已經很高，再增加CaF₂的量，鎂的還原率變化很小，故答案為：CaF₂、3%；
②根據圖象可知，該溫度時，鎂的還原率已近90%，溫度低還原率低，溫度太高能耗高，
故答案為：該溫度時，鎂的還原率已近90%，溫度低還原率低，溫度太高能耗高；
③根據生成的沉淀量最大時，溶質為硫酸鈉，利用Na原子守恒：Na₂SO ₄ ～2NaOH
                                                 0.1L×amol/L       0.2L×5mol/L
所以，a=5mol/L，
故答案為：5；
（3）負極反應是要消耗OH^-，OH^-要透過離子交換膜到負極區域，電池反應為：2Al+3H₂O₂+2OH^-═2Al（OH）₃，故答案為：OH^-；2Al+3H₂O₂+2OH^-═2Al（OH）₄^-．

點評：本題考查了蓋斯定律，圖象的分析，原子守恒，原電池原理的應用，題目比較綜合，注重對學生綜合能力的考查．