金属铝是一种强还原剂,它可将其它金属氧化物还原为金属单质,其本身被氧化为Al2O3,则298K时,1molFe2O3和1molCuO被Al还原的△G分别为(已知: △G(Al2O3,s)=-1582kJ·mol-1 △G(Fe2O3,s)=-742.2kJ·mol-1 △G(CuO,s)=-130kJ·mol-1A. 839.8kJ·mol-1B. -839.8kJ·mol-1C. 397.3kJ·mol-1D. -397.3kJ·mol-1E. -1192kJ·mol-1
A. 839.8kJ·mol-1
B. -839.8kJ·mol-1
C. 397.3kJ·mol-1
D. -397.3kJ·mol-1
E. -1192kJ·mol-1
题目解答
答案
B. -839.8kJ·mol-1
D. -397.3kJ·mol-1
解析
本题考查吉布斯自由能变化(ΔG)的计算,核心在于理解金属氧化物被还原为金属单质时的ΔG计算方法。关键点如下:
- 反应式配平:需正确写出铝还原金属氧化物的反应式,并配平。
- ΔG的计算公式:ΔG反应 = Σ(产物ΔG生成) - Σ(反应物ΔG生成),其中金属单质的标准生成ΔG为0。
- 单位换算:注意题目中给出的ΔG是每摩尔物质的值,需根据反应式中的摩尔数调整计算。
Fe₂O₃的还原反应
反应式:
$2\text{Al} + \text{Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow 2\text{Fe} + \text{Al}_2\text{O}_3$
ΔG计算:
$\begin{align*}\Delta G_{\text{反应}} &= \left[ \Delta G(\text{Al}_2\text{O}_3) + 2\Delta G(\text{Fe}) \right] - \left[ \Delta G(\text{Fe}_2\text{O}_3) + 2\Delta G(\text{Al}) \right] \\&= \left[ (-1582) + 2 \times 0 \right] - \left[ (-742.2) + 2 \times 0 \right] \\&= -1582 + 742.2 = -839.8 \, \text{kJ·mol}^{-1}\end{align*}$
CuO的还原反应
反应式(1 mol CuO):
$\frac{2}{3}\text{Al} + \text{CuO} \rightarrow \text{Cu} + \frac{1}{3}\text{Al}_2\text{O}_3$
ΔG计算:
$\begin{align*}\Delta G_{\text{反应}} &= \left[ \frac{1}{3}\Delta G(\text{Al}_2\text{O}_3) + \Delta G(\text{Cu}) \right] - \left[ \Delta G(\text{CuO}) + \frac{2}{3}\Delta G(\text{Al}) \right] \\&= \left[ \frac{1}{3}(-1582) + 0 \right] - \left[ (-130) + \frac{2}{3} \times 0 \right] \\&= -527.33 + 130 = -397.3 \, \text{kJ·mol}^{-1}\end{align*}$