Question

（共13分）I（7分）离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al₂Cl₇^—和AlCl₄^—组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。

（1）钢制品应接电源的        极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为         。若改用AlCl₃水溶液作电解液，则阴极产物为    。

（2）为测定镀层厚度，用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应转移6 mol电子时，所得还原产物的物质的量为           mol。

（3）用铝粉和Fe₂O₃做铝热反应实验，需要的试剂还有                  。

a．KCl        b.KClO₃         c.MnO₂         d.Mg

取少量铝热反应所得到的固体混合物，将其溶于足量稀H₂SO₄，滴加KSCN溶液无明显现象，       （填“能”或“不能”）说明固体混合物中无Fe₂O₃，理由是            （用离子方程式说明）。

II（6分）燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。

（4）美国Simons等科学家发明了使NH₃直接用于燃料电池的方法，其装置为用铂作为电极，加入电解质溶液中，其电池反应为 4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O

写出该燃料电池的正极反应式                                                         

（5）以天然气(假设杂质不参与反应)为原料的燃料电池示意图如图所示。

①放电时，负极的电极反应式为：                             

②假设装置中盛装100.0 mL 3.0 mol·L^—1 KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8960 mL。放电完毕后，电解质溶液中各离子浓度的大小关系为：                        

Answer

（1）负；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】

试题分析：（1）根据电解原理知，在钢制品上电镀铝，钢制品为镀件，作阴极，连接电源的负极；电镀铝阴极应生成单质铝，所以阴极电极反应式为：4 Al2Cl7—+3e‾=Al+7 AlCl4—；若改用AlCl3水溶液作电解液，H2O电离产生的H+放电生成H2；（2）用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层的化学方程式为：2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑还原产物为H2，与转移电子的对应关系为：H2 ~ 2e‾，n（H2）=1/2n（e‾）=1/2×6mol=3mol；（3）铝热反应需要用Mg和KClO3提供高温条件，选b、d；H2SO4与Fe2O3反应可生成Fe3+，但铝热反应生成的Fe可将Fe3+还原为Fe2+，发生反应：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+=3Fe2+，加入KSCN，无明显现象；（4）NH3燃料电池，其电池反应为 4NH3+3O2=2N2+6H2O，该燃料电池的正极反应式O2 + 2H2O+ 4e— = 4OH—；（5）①碱性甲烷燃料电池放电时，甲烷在负极失电子，生成碳酸根，利用电荷守恒和原子守恒配平，电极反应式为：CH4-8e—+10OH—= CO32—+7H2O；②假设装置中盛装100.0 mL 3.0 mol·L—1 KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8960 mL，物质的量为0.4mol，转移的电子为0.16mol，利用电子守恒知参加反应的甲烷为0.02mol，生成的二氧化碳为0.02mol，与100.0 mL 3.0 mol·L—1 KOH溶液反应后电解质溶液为等浓度的碳酸钾和碳酸氢钾的混合液，各离子浓度的大小关系为：c(K+)>c(HCO3—)>c(CO32—)>c(OH—)>c(H+)。

考点：考查电化学原理、氧化还原反应原理、铝热反应、离子浓度大小比较。