Question

回答如下幾個問題

(1)近期發現不需要外加能源、節約水源而能除去廢水中的鹵代烷(有礙于人類健康)的方法：把鐵放在含鹵代烷的廢水中，經一段時間后鹵代烷“消失”。例如廢水中的一氯乙烷經14.9d后就檢不出來了。目前認為反應中鹵代烷(RCH₂X)是氧化劑。寫出反應式并說明(按原子)得失電子的關系。

(2) 電解NaCl—KCl—AlCl₃熔體制鋁比電解Al₂O₃—Na₃AlF₆制鋁節省電能約30%。為什么現仍用后一種方法制鋁？

(3) NH₄NO₃熱分解及和燃料油[以(CH₂)_n表示]反應的方程式及反應熱分別為：

NH₄NO₃ = N₂O + 2H₂O + 0.53 kJ/g NH₄NO₃         …………(1)

NH₄NO₃ = N₂ + 1/2 O₂ + 2H₂O + 1.47 kJ/g NH₄NO₃   ………(2)

3n NH₄NO₃ + (CH₂)_n = 3n N₂ + 7n H₂O + n CO₂

                               + 4.29n kJ/g NH₄NO₃ ……(3)

試問：由以上三個熱化學方程式可得出哪些新的熱化學方程式?

(4) 參照水溶液化學反應的知識回答下面的問題：在液態BrF₃中用KBrF₄滴定Br₂PbF₁₀，過程中出現電導最低點。寫出有關反應式。

Answer 1

[解(1)] Fe+RCH₂X+H⁺=Fe²⁺+RH₃+X^—                                (2分)

     反應中1mol Fe失2mol電子，C得2mol電子。                 (1分)

[解(2)]  主要是生產物無水AlCl₃困難。制無水AlCl₃的方法(反應式)

2Al+3Cl₂=2AlCl₃

Al₂O₃+3C+3Cl₂=2AlCl₃+3CO

若據(1)法制無水AlCl₃，無意義(因用Al制成AlCl₃再電解制Al)。

法需Cl₂，而制Cl₂需電能。                         (本小題總共4分)

[解(3)]  (2)式-(1)式   N₂O = N₂+ 1/2O₂+0.94 kJ/g NH₄NO₃ 

                                  或41.4 kJ/mol                   (2分)

                 這個熱反應方程式是N₂O分解熱

式-(2)式  (CH₂)_n + 3/2O₂ = n CO₂ + nH₂O + 2.82 n kJ/moL

                                   或676.8 n kJ/mol

這個熱反應方程式是 (CH₂)_n的燃燒熱。                     (2分)

[解(4)]    2KBrF₄+(BrF₂)₂PbF₆ = K₂PbF₆ + 4BrF₃

        (注：2BrF₃ = BrF₂⁺ + BrF₄^–  故KBrF₄相當于水溶液體系中的KOH

                      (BrF₂)₂PbF₆相當于水體系中的質子酸)             (4分)

解析:

[試題分析與解題思路(1)]本題由四個小題組成，因而得分點較多。第一小題題面明確提到鹵代烷可以跟金屬鐵起反應，反應中鹵代烷是氧化劑，沒有說的是鹵代烷變什么和鐵變什么。由于該反應對學生是很陌生的，是無機與有機的結合點，看似簡單實在不易。但在實際面對鐵與鹵代烴的反應方程式時，猜出鹵代烴被還原是生成烴而鐵被氧化是生成二價鐵是不難的。氫原子不足了，因而反應物里應添氫離子(質子)。這個試題猜測的成分較高，信息量過少。鹵代烴被還原究竟得到什么烴？答案給出的是最簡單的情況。寫其他烴也不能說就答錯了。但無論如何鹵代烴里的氯反應后應當變成氯離子而不會是氯氣之類，否則有悖題意(鹵代烴被還原)。

[解(1)] Fe+RCH₂X+H⁺=Fe²⁺+RH₃+X^—                                (2分)

     反應中1mol Fe失2mol電子，C得2mol電子。                 (1分)

[評注] 應試結果此題得分率很高。區分度不大。

[試題分析與解題思路(2)]學生在解第二小題時可能會覺得不知題面給的信息意味著什么而束手無策。這是在考察學生的實際觀念。如果想到用AlCl₃電解制鋁省電而不用，可能是因為制備AlCl₃仍然要用電，就上了正道。制備一種有用的化學品必定要考慮原料來源，這是制備反應的一般原則。

[解(2)]  主要是生產物無水AlCl₃困難。制無水AlCl₃的方法(反應式)

2Al+3Cl₂=2AlCl₃

Al₂O₃+3C+3Cl₂=2AlCl₃+3CO

若據(1)法制無水AlCl₃，無意義(因用Al制成AlCl₃再電解制Al)。

法需Cl₂，而制Cl₂需電能。                         (本小題總共4分)

[注]此題的應答可能與標準答案的表述不同，但只要說到點子上都可得分。

[評注] 應答結果，大多數學生答不出來。因為學生沒有從原料的來源上考慮問題。這就是說，命題人的測試切中要害，我們現在的中學教學在聯系實際的理解上可能有些問題。

[試題分析與解題思路(3)]第三小題需要反復思考題面給出的三個反應的可能組合才會找到答案。這個試題是熱化學定律的靈活運用。思考容量大，但最后得到的結果是唯一的。

[解(3)]  (2)式-(1)式   N₂O = N₂+ 1/2O₂+0.94 kJ/g NH₄NO₃ 

                                  或41.4 kJ/mol                   (2分)

                 這個熱反應方程式是N₂O分解熱

式-(2)式  (CH₂)_n + 3/2O₂ = n CO₂ + nH₂O + 2.82 n kJ/moL

                                   或676.8 n kJ/mol

這個熱反應方程式是 (CH₂)_n的燃燒熱。                     (2分)

[試題分析與解題思路(4)]第四小題的信息分析是很難的，只有想象力豐富的學生才可能答得上來。如果學生想到滴定反應電導降低意味著產物的離子總數比反應物離子總數少，就應將水溶液的中和反應遷移到這種以BrF₃為溶劑的新情景中來，想到這個滴定反應一定是生成了溶劑分子，于是就會想到題面給出的Br₂PbF₁₀可以看成是BrF₂⁺與PbF₆^2–的結合物，這樣，問題就得解了。

[解(4)]    2KBrF₄+(BrF₂)₂PbF₆ = K₂PbF₆ + 4BrF₃

        (注：2BrF₃ = BrF₂⁺ + BrF₄^–  故KBrF₄相當于水溶液體系中的KOH

                      (BrF₂)₂PbF₆相當于水體系中的質子酸)             (4分)

[評注] 此小題應答結果表明，這樣生疏的命題大多數學生不知道從哪里想起，答不上來。