Question

14．鋁是地殼中含量最高的金屬元素，其單質(zhì)及合金在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用日趨廣泛．

（1）真空碳熱還原-氯化法可實(shí)現(xiàn)由鋁礦制備金屬鋁，其相關(guān)的熱化學(xué)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
①反應(yīng)Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（l）+3CO（g）的△H=0.5a+bkJ•mol^-1（用含a、b的代數(shù)式表示）．
②Al₄C₃是反應(yīng)過程的中間產(chǎn)物．Al₄C₃與鹽酸反應(yīng)（產(chǎn)物之一是含氫量最高的烴）的化學(xué)方程式Al₄C₃+12HCl═4AlCl₃+3CH₄↑．
（2）鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂）是一種潛在的貯氫材料，可在氬氣保護(hù)下，將一定化學(xué)計(jì)量比的Mg、Al單質(zhì)在一定溫度下熔煉獲得．該合金在一定條件下完全吸氫的反應(yīng)方程式為Mg₁₇Al₁₂+17H₂═17MgH₂+12Al．得到的混合物Y（17MgH₂+12Al）在一定條件下釋放出氫氣．
①熔煉制備鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂）時(shí)通入氬氣的目的是防止Mg Al被空氣氧化．
②在6.0mol•L^-1HCl溶液中，混合物Y能完全釋放出H₂．1mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氫后得到的混合物Y與上述鹽酸完全反應(yīng)，釋放出H₂的物質(zhì)的量為52mol．
③在0.5mol•L^-1 NaOH和1.0mol•L^-1 MgCl₂溶液中，混合物Y均只能部分放出氫氣，反應(yīng)后殘留固體物質(zhì)X-射線衍射譜圖如1圖所示（X-射線衍射可用于判斷某晶態(tài)物質(zhì)是否存在，不同晶態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)衍射峰的衍射角不同）．在上述NaOH溶液中，混合物Y中產(chǎn)生氫氣的主要物質(zhì)是Al（填化學(xué)式）．
（3）鋁電池性能優(yōu)越，Al-AgO電池可用作水下動(dòng)力電源，其原理如圖2所示．該電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO₂+3Ag+H₂O．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到對(duì)應(yīng)反應(yīng)的焓變；
②含氫量最高的烴為甲烷，然后根據(jù)質(zhì)量守恒來解答；
（2）①鎂、鋁是親氧元素，易被氧氣氧化；
②釋放出的H₂ 包括Mg₁₇Al₁₂吸收的氫，還包括鎂、鋁和鹽酸反應(yīng)生成的氫氣；
③由圖象可知，在氫氧化鈉溶液中，充分反應(yīng)后，固體中存在大量的MgH₂，說明Mg在堿性條件下不反應(yīng)，反應(yīng)后鋁的含量較小，且生成大量的氫氧化鋁；
（3）該原電池中，鋁易失去電子作負(fù)極，則銀是正極，負(fù)極上鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，正極上氧化銀得電子生成銀，據(jù)此寫出電池反應(yīng)式．

解答 解：（1）①2Al₂O₃（s）+2AlCl₃（g）+6C（s）=6AlCl（g）+6CO（g）；△H=a kJ•mol^-1
          3AlCl（g）=2Al（l）+AlCl₃（g）；△H=b kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①×3+②×6得到：6Al₂O₃（s）+18C（s）=12Al（l）+18CO（g）△H=（3a+6b）KJ/mol，即Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）△H=（0.5a+b）KJ/mol，
故答案為：0.5a+b；
②由于含氫量最高的烴為甲烷，故Al₄C₃與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Al₄C₃+12HCl═4AlCl₃+3CH₄↑，故答案為：Al₄C₃+12HCl═4AlCl₃+3CH₄↑；
（2）①鎂、鋁都是活潑的金屬單質(zhì)，容易被空氣中的氧氣氧化，通入氬氣作保護(hù)氣，以防止二者被氧化，故答案為：防止Mg Al被空氣氧化；
②1molMg₁₇Al₁₂完全吸氫17mol，在鹽酸中會(huì)全部釋放出來，鎂鋁合金中的鎂和鋁都能與鹽酸反應(yīng)生成H₂，生成氫氣的物質(zhì)的量分別為17mol、18mol，則生成氫氣一共（17+17+12×$\frac{3}{2}$）mol=52mol，故答案為：52mol；
③由圖象可知，在氫氧化鈉溶液中，充分反應(yīng)后，固體中存在大量的MgH₂，說明Mg在堿性條件下不反應(yīng)，反應(yīng)后鋁的含量較小，且生成大量的氫氧化鋁，說明鋁在堿性條件下生成氫氧化鋁和氫氣，故答案為：Al；
（3）鋁做負(fù)極，失電子被氧化，在堿性溶液中生成NaAlO₂，氧化銀做正極，得電子被還原為Ag，電解質(zhì)溶液為NaOH溶液，所以其電池反應(yīng)式為2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO₂+3Ag+H₂O，故答案為：2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO₂+3Ag+H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題以鋁為題材，綜合考查物質(zhì)的性質(zhì)與制備，為高考常見題型，側(cè)重考查蓋斯定律、鋁及其化合物的性質(zhì)以及電化學(xué)反應(yīng)方程式，意在考查考生閱讀新信息，處理新情況的能力，電極反應(yīng)式的書寫是易錯(cuò)點(diǎn)，難度較大．