Question

（共13分）I（7分）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 極，已知電鍍過程中不產(chǎn)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 。若改用AlCl3水溶液作電解液，則陰極產(chǎn)物為 。

（2）為測定鍍層厚度，用NaOH溶液溶解鋼制品表面的鋁鍍層，當反應轉(zhuǎn)移6 mol電子時，所得還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量為 mol。

（3）用鋁粉和Fe2O3做鋁熱反應實驗，需要的試劑還有 。

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(xiàn)象， （填“能”或“不能”）說明固體混合物中無Fe2O3，理由是 （用離子方程式說明）。

II（6分）燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。

（4）美國Simons等科學家發(fā)明了使NH3直接用于燃料電池的方法，其裝置為用鉑作為電極，加入電解質(zhì)溶液中，其電池反應為 4NH3+3O2=2N2+6H2O

寫出該燃料電池的正極反應式

（5）以天然氣(假設雜質(zhì)不參與反應)為原料的燃料電池示意圖如圖所示。

①放電時，負極的電極反應式為：

②假設裝置中盛裝100.0 mL 3.0 mol·L—1 KOH溶液，放電時參與反應的氧氣在標準狀況下體積為8960 mL。放電完畢后，電解質(zhì)溶液中各離子濃度的大小關系為：

Answer 1

（1）負；4Al2Cl7— + 3e— = Al + 7AlCl4— ；H2 （2） 3

（3）b、d；不能；Fe2O3+6H+ = 2Fe3+ + 3H2O Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+

（4）O2 + 2H2O+ 4e— = 4OH—

（5）①CH4-8e—+10OH—= CO32—+7H2O ②c(K+)>c(HCO3—)>c(CO32—)>c(OH—)>c(H+)

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)電解原理知，在鋼制品上電鍍鋁，鋼制品為鍍件，作陰極，連接電源的負極；電鍍鋁陰極應生成單質(zhì)鋁，所以陰極電極反應式為：4 Al2Cl7—+3e?=Al+7 AlCl4—；若改用AlCl3水溶液作電解液，H2O電離產(chǎn)生的H+放電生成H2；（2）用NaOH溶液溶解鋼制品表面的鋁鍍層的化學方程式為：2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑還原產(chǎn)物為H2，與轉(zhuǎn)移電子的對應關系為：H2 ~ 2e?，n（H2）=1/2n（e?）=1/2×6mol=3mol；（3）鋁熱反應需要用Mg和KClO3提供高溫條件，選b、d；H2SO4與Fe2O3反應可生成Fe3+，但鋁熱反應生成的Fe可將Fe3+還原為Fe2+，發(fā)生反應：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+=3Fe2+，加入KSCN，無明顯現(xiàn)象；（4）NH3燃料電池，其電池反應為 4NH3+3O2=2N2+6H2O，該燃料電池的正極反應式O2 + 2H2O+ 4e— = 4OH—；（5）①堿性甲烷燃料電池放電時，甲烷在負極失電子，生成碳酸根，利用電荷守恒和原子守恒配平，電極反應式為：CH4-8e—+10OH—= CO32—+7H2O；②假設裝置中盛裝100.0 mL 3.0 mol·L—1 KOH溶液，放電時參與反應的氧氣在標準狀況下體積為8960 mL，物質(zhì)的量為0.4mol，轉(zhuǎn)移的電子為0.16mol，利用電子守恒知參加反應的甲烷為0.02mol，生成的二氧化碳為0.02mol，與100.0 mL 3.0 mol·L—1 KOH溶液反應后電解質(zhì)溶液為等濃度的碳酸鉀和碳酸氫鉀的混合液，各離子濃度的大小關系為：c(K+)>c(HCO3—)>c(CO32—)>c(OH—)>c(H+)。

考點：考查電化學原理、氧化還原反應原理、鋁熱反應、離子濃度大小比較。