Question

11．氯化銨、甲醇、氧化鋁都是重要化合物．
（1）已知：
I NH₄Cl（s）=NH₃（g）+HCl（g）△H=+l63.9kJ•mol-1
II HCl（g）+CH₃OH（g）?CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=-31.9kJ•mol-1
III NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）?NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）
①反應III在較高溫度條件下能自發(fā)反應（填“較高溫度”、“較低溫度”或“任何溫度”），理由是因為反應Ⅲ的△S＞0，△H＞0．
②圖1是反應III使用三種不同催化劑時得到的CH₃Cl產(chǎn)率與溫度關系的變化圖．
己知：催化劑用量、催化劑粒數(shù)、n（甲醇）：n（氯化銨）的值、甲醇進料速度、反應時間等測試條件都相同．

圖1 中a曲線CH₃Cl產(chǎn)率先增大后減小的原因是溫度越高反應速率越快，因此隨著溫度升高，CH₃Cl產(chǎn)率逐漸增大，410℃之后，隨著溫度升高，催化劑活性降低，反應速率減小，因此CH₃Cl產(chǎn)率逐漸減�。�請在圖2中畫出其它條件都相同時，在370℃下使用三種不同催化劑至反應平衡時，CH₃Cl的產(chǎn)率與時間關系的變化曲線，并用a、b、c標出對應的曲線．
（2）25℃時，在某濃度的NH₄Cl溶液中滴加一定量的氨水至中性，此時測得溶液中c（Cl^-）=0.36mol•L^-1，則混合溶液中c （NH₃•H₂O）=2×10^-3mol•L^-1．（25℃時，NH₃•H₂O的K_b=1.8×10^-5）
（3）多孔Al₂O₃薄膜可作為催化劑載體、模板合成納米材料等用途．現(xiàn)以高純鋁片作為陽極，不銹鋼作為陰極，一定溶度的磷酸溶液作為電解質(zhì)進行電解，即可初步制取多孔Al₂O₃膜．請寫出該制取過程的陽極電極反應：2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）①蓋斯定律Ⅰ+Ⅱ計算III的焓變結(jié)合△G=△H-T△S＜0能自發(fā)分析判斷；
②根據(jù)反應速率越大，CH₃Cl產(chǎn)率越大結(jié)合溫度升高，催化劑活性降低，反應速率減小分析；由圖1可知三種不同催化劑的效果為c＞b＞a，所以開始時反應速率為c＞b＞a，但催化劑不影響平衡狀態(tài)，則最終平衡狀態(tài)一樣，據(jù)此分析；
（2）根據(jù)電荷守恒c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），由于溶液呈中性，則c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，故c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.36mol•L^-1，結(jié)合NH₃．H₂O?NH₄⁺+OH^-的電離常數(shù)表達式計算；
（3）陽極為鋁失電子發(fā)生氧化反應生成Al₂O₃．

解答 解：（1）①I NH₄Cl（s）=NH₃（g）+HCl（g）△H=+l63.9kJ•mol^-1
II HCl（g）+CH₃OH（g）?CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=-31.9kJ•mol^-1
由蓋斯定律Ⅰ+Ⅱ得III NH₄Cl（s）+CH₃OH（g）?NH₃（g）+CH₃Cl（g）+H₂O（g）△H=+l63.9kJ•mol^-1-31.9kJ•mol^-1=+l32kJ•mol^-1，又該反應△S＞0，所以根據(jù)△G=△H-T△S＜0能自發(fā)，則反應III在較高溫度條件下能自發(fā)反應，理由是因為反應Ⅲ的△S＞0，△H＞0，故答案為：較高溫度；因為反應Ⅲ的△S＞0，△H＞0；
②因為反應速率越大，CH₃Cl產(chǎn)率越大，而溫度升高，催化劑活性降低，反應速率反而減小，所以圖1 中a曲線CH₃Cl產(chǎn)率先增大后減小的原因是溫度越高反應速率越快，因此隨著溫度升高，CH₃Cl產(chǎn)率逐漸增大，410℃之后，隨著溫度升高，催化劑活性降低，反應速率減小，因此CH₃Cl產(chǎn)率逐漸減��；
由圖1可知三種不同催化劑的效果為c＞b＞a，所以開始時反應速率為c＞b＞a，但催化劑不影響平衡狀態(tài)，則最終平衡狀態(tài)一樣，所以a、b、c對應的CH₃Cl的產(chǎn)率與時間關系的變化曲線圖為：；
故答案為：溫度越高反應速率越快，因此隨著溫度升高，CH₃Cl產(chǎn)率逐漸增大，410℃之后，隨著溫度升高，催化劑活性降低，反應速率減小，因此CH₃Cl產(chǎn)率逐漸減小；
（2）電荷守恒c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），由于溶液呈中性，則c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，故c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.36mol•L^-1，又溶液中存在平衡NH₃．H₂O?NH₄⁺+OH^-，電離常故K_b=1.8×10^-5=$\frac{c（OH{\;}^{-}）c（NH{\;}_{4}{\;}^{+}）}{c（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）}$=$\frac{10{\;}^{-7}×0.36}{c（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）}$，所以解得c （NH₃•H₂O）=2×10^-3mol•L^-1，故答案為：2×10^-3；
（3）陽極為鋁失電子發(fā)生氧化反應生成Al₂O₃，電極反應為：2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺，故答案為：2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺．

點評 本題考查較綜合，涉及蓋斯定律、外界條件對化學平衡的影響、弱電解質(zhì)的電離與計算以及電解池原理等知識點，側(cè)重考查學生分析問題、靈活運用知識解答問題能力，題目難度中等．