Question

9．I、離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系，由有機陽離子、Al₂Cl₇^-和AlCl₄^-組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁．
（1）鋼制品應接電源的負極，已知電鍍過程中不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，陰極電極反應式為4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-．若改用AlCl₃水溶液作電解液，則陰極產物為H₂ ．
（2）用鋁粉和Fe₂O₃做鋁熱反應實驗，需要的試劑還有bd．
a．KCl      b．KClO₃    c．MnO₂    d．Mg
取少量鋁熱反應所得到的固體混合物，將其溶于足量稀H₂SO₄，滴加KSCN溶液無明顯現象，不能（填“能”或“不能”）說明固體混合物中無Fe₂O₃，理由是Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O； Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺（用離子方程式說明）．
Ⅱ．甲醇汽油是一種新能源清潔燃料，可以作為汽油的替代物．工業上可用CO和H₂制取甲醇，化學方程式為：
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=a kJ/mol，為研究平衡時CO的轉化率與反應物投料比（$\frac{{c（CO）}_{起始}}{{{c（H}_{2}）}_{起始}}$）及溫度的關系，研究小組在10L的密閉容器中進行模擬反應，并繪出如圖所示：
（1）反應熱a＜0 （填“＞”或“＜”）．
（2）若Ⅱ反應的n（CO）起始=10mol、投料比為0.5，A點的平衡常數K_A=1，B點的平衡常數K_B=K_A（填“＞”或“＜”或“=”）．
（3）為提高CO轉化率可采取的措施是減小投料比、較低溫度、增大壓強、分離出CH₃OH（至少答出兩條）．

Answer 1

分析 I、（1）依據電鍍原理分析，鋼鐵上鍍鋁是利用鋁做陽極，鋼鐵做陰極，由有機陽離子、Al₂Cl₇^-和AlCl₄^-組成的離子液體做電解液來實現；改用AlCl₃水溶液作電解液是溶液中氫離子在陰極放電生成氫氣；
（2）鋁熱反應需要引發劑引發高溫反應，用少量氯酸鉀和鎂條引發，點燃鎂條燃燒放熱使氯酸鉀分解生成氧氣助燃產生反應引發所需要的溫度；鋁熱反應所得的固體混合物，將其溶于足量H₂SO₄，滴加KSCN溶液無明顯現象，說明無鐵離子，但不能說明固體中不含氧化鐵，因為鋁熱反應生成鐵，溶解于硫酸中鐵可以還原鐵離子為亞鐵離子分析書寫離子方程式；
Ⅱ、（1）分析圖象可知，一氧化碳轉化率隨溫度升高減小，說明平衡逆向進行分析反應能量變化；
（2）結合投料比較少氫氣物質的量，依據化學平衡三段式列式計算平衡濃度，得到A點的平衡常數，AB是相同溫度下的平衡，平衡常數只隨溫度變化分析；
（3）為提高CO轉化率，可以增加氫氣量，提高一氧化碳的轉化率，反應是放熱反應，降低溫度平衡正向進行，依據反應特征和平衡移動原理分析提高一氧化碳轉化率的條件是平衡正向進行．

解答 解：I、（1）依據電鍍原理分析，鋼鐵上鍍鋁是利用鋁做陽極與電源正極相連，鋼鐵做陰極與電源負極相連，由有機陽離子、Al₂Cl₇^-和AlCl₄^-組成的離子液體做電解液來實現，離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系，電鍍過程中不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，則陰極反應生成鋁是發生的還原反應，鋁元素化合價降低，分析離子液體成分，結合電荷守恒分析可知是Al₂Cl₇^-得到電子生成，電極反應為：4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-；改用AlCl₃水溶液作電解液是溶液中氫離子在陰極放電生成氫氣，2H⁺+2e^-=H₂↑；
故答案為：負；4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-；H₂ ；
（2）鋁熱反應需要引發劑引發高溫反應，用少量氯酸鉀和鎂條引發，點燃鎂條燃燒放熱使氯酸鉀分解生成氧氣助燃產生反應引發所需要的溫度；鋁熱反應所得的固體混合物，將其溶于足量H₂SO₄，滴加KSCN溶液無明顯現象，說明無鐵離子，但不能說明固體中不含氧化鐵，因為鋁熱反應生成鐵，溶解于硫酸中鐵可以還原鐵離子為亞鐵離子，離子方程式為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
故答案為：bd；不能；Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
Ⅱ、（1）圖象可知，一氧化碳轉化率隨溫度升高減小，說明平衡逆向，正反應為放熱反應，a＜0，
故答案為：＜；
（2）若Ⅱ反應的n（CO）起始=10mol、投料比為0.5，n（H₂）=20mol，
               CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  1      2          0
變化量（mol/L）  0.5    1          0.5
平衡量（mol/L）  0.5    1          0.5
A點的平衡常數K_A =$\frac{0.5}{0.5×1{\;}^{2}}$=1
AB是相同溫度下的平衡，平衡常數只隨溫度變化，所以AB平衡常數相同；
故答案為：1；=；
（3）為提高CO轉化率可采取的措施，可以增加氫氣量，提高一氧化碳的轉化率，反應是放熱反應，降低溫度平衡正向進行，依據反應特征和平衡移動原理分析提高一氧化碳轉化率的條件是平衡正向進行，即減小投料比、較低溫度、增大壓強、分離出CH₃OH；
故答案為：減小投料比、較低溫度、增大壓強、分離出CH₃OH．

點評 本題考查了電解原理的分析應用鋁熱反應原理分析，化學平衡、平衡常數，反應速率影響因素分析判斷，化學平衡計算，化學平衡的建立過程分析應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．