- 铝的化学性质和冶炼
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X、Y、Z、W是原子序数依次增大的同一短周期的元素，它们形成的单质中有2种为金属，1种为气体；Z元素的次外层电子数与其它各层的电子数之和相等。X、Y、W所形成的单质与其他物质之间的反应关系如下图：
请回答下列问题：
（1）X、Y、Z、W原子对应的离子半径由小到大的顺序是_________（填离子符号）。
（2）用电子式表示X、Z所形成的化合物的形成过程____________________。
（3）写出上述转化关系中生成溶液Ⅱ的反应的离子方程式：____________________。
（4）检验溶液Ⅲ中金属阳离子的方法为____________________。
正确答案
(1)Al3+＜Na+＜Cl-＜S2- (2)
(3)2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑
(4)焰色反应
镁在高温下与O2、N2或CO2均可以发生反应，试解决下列问题。
（1）工业通常采用电解熔融氯化镁冶炼金属镁，不以氧化镁为原料的理由是 。
（2）将燃着的镁条伸入盛满CO2的集气瓶中，镁条剧烈燃烧，发出耀眼的白光，瓶内壁上有黑色物质生成，化学方程式为 。
（3）由金红石（TiO2）制取单质钛（Ti），涉及到的反应步骤为
金属镁的作用为 ，在Ar气氛中的进行的理由是 。
（4）现拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁(Mg3N2)。已知：
Mg+H2O
可供选择的装置和药品如下图所示。
①导管口间的连接次序是：a →（ ）（）→（）（）→（）（）→ h
②通气后，应先点燃 （填“B”或“C”）装置的酒精灯，装置A的作用是 ，装置E的作用是 。
③请设计一个简单的小实验验证产物是氮化镁 。
正确答案
（1）MgO熔点很高，能耗太大
（2）2Mg＋CO2
（3）作还原剂 氩气作保护气，防止高温下Mg(或Ti)在空气中的O2（CO2或N2）作用
（4）①a →（ g ）（ f ）→ ( d )（ e ）→（ b ）（ c ）→ h
②C 除去空气中的CO2 防止空气中的水蒸气进入与Mg3N2反应
③取少量产物置于试管中，加入适量水，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝，则说明产物是氮化镁。
试题分析：（1）工业通常采用电解熔融氯化镁冶炼金属镁，不以氧化镁为原料的理由是MgO熔点很高，能耗太大。（2）将燃着的镁条伸入盛满CO2的集气瓶中，镁条剧烈燃烧，发出耀眼的白光，瓶内壁上有黑色物质生成，化学方程式为2Mg＋CO2
工业上用铝土矿(成分为氧化铝、氧化铁)制取铝的流程如下：
请回答下列问题。
（1）操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ都用到的玻璃仪器有________________________________。
（2）写出由溶液B生成Al(OH)3的离子方程式：_________________________________________________________。
（3）工艺流程中涉及氧化还原反应的化学方程式为______________________________________________________________________。
（4）生产过程中，除NaOH、H2O可以循环使用外，还可以循环使用的物质有________(填化学式)。用此法制取铝的副产品是________(填化学式)。
正确答案
（1）烧杯、漏斗、玻璃棒
（2）2AlO2-＋CO2＋3H2O=2Al(OH)3↓＋CO32-
（3）2Al2O3(熔融)
（4）CaO和CO2 Fe2O3和O2
（1）操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ都是过滤，过滤需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒。（2）NaAlO2溶液中通入CO2生成Al(OH)3沉淀和Na2CO3，反应的离子方程式为2AlO＋CO2＋3H2O=2Al(OH)3↓＋CO32-。（3）只有电解熔融Al2O3的反应属于氧化还原反应。（4）得到的CaCO3受热分解得到CaO、CO2，可见CaO、CO2可循环使用。操作Ⅰ所得的Fe2O3和电解熔融Al2O3得到的O2为副产品。
工业上，将黄铜矿（CuFeS2）通过8CuFeS2+21O2
（1）上述反应中，还原剂为 。
（2）黄铜矿冶炼铜产生的炉渣（含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3）可制备Fe2O3。方法为：
①用稀盐酸浸取炉渣，过滤。
②滤液先氧化，再加入过量NaOH溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥、煅烧得Fe2O3。
据以上信息回答下列问题：
a．通过上述②，炉渣中的Al2O3变成了 （写离子）。
b．选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。
提供的试剂：稀盐酸 稀硫酸 KSCN溶液 酸性KMnO4溶液 NaOH溶液 碘水
所选试剂为 。
证明炉渣中含有FeO的实验现象为 。
（3）对上述炉渣中进行含铁量的测定步骤如下：
I．步骤③发生反应的离子方程式为 。
II．步骤④中煮沸的作用是 。
III．步骤⑤中用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、胶头滴管、 。
IV．若滴定过程中消耗0.100mol·L−1KI溶液20.00mL，则炉渣中铁的百分含量为 。
正确答案
（1）CuFeS2 （2）a．[Al(OH)4]-或AlO2- b．稀硫酸、酸性KMnO4溶液；稀硫酸浸取炉渣所得溶液使酸性KMnO4溶液褪色（3）I．2Fe2++Cl2= 2Fe3++2Cl-II．赶走溶液中溶解的过量的Cl2 III．250mL容量瓶 （未答“250mL”不给分）IV．14%
试题分析：（1）在反应中CuFeS2中铁元素的化合价由+2价变为+3价，硫元素的化合价由-2价变为+4价做还原剂；（2）①用稀盐酸浸取炉渣发生的反应为：Al2O3 + 6H+=2Al3+ + 3H2O
FeO + 2H+ = Fe2+ + H2O Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O ②滤液中含有的金属阳离子有Al3+、Fe2+和Fe3+，氧化后含有Al3+和Fe3+，加过量氢氧化钠溶液发生的反应：Al3+ + 4OH-=AlO2- + 2H2O Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3↓ a、通过上述②，炉渣中的Al2O3变成了AlO2-；b验证炉渣中含有+2价的铁，应先加入稀硫酸溶解，生成亚铁离子，具有还原性，可与高锰酸钾发生氧化还原反应，酸化时不能加入盐酸，否则与高锰酸钾发生氧化还原反应，也不能直接加入硝酸，否则生成铁离子，不能检验，故答案为：稀硫酸、KMnO4溶液；稀硫酸浸取炉渣所得溶液含有亚铁离子，与高锰酸钾发生氧化还原反应而使高锰酸钾褪色，故答案为：稀硫酸浸取炉渣所得溶液能使KMnO4溶液褪色；（3）分析工艺流程图发生的反应为：炉渣加足量稀硫酸：Al2O3 + 6H+=2Al3+ + 3H2O FeO + 2H+ = Fe2+ + H2O Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O过滤，滤液中含有的金属阳离子有Al3+、Fe2+和Fe3+，通入足量Cl2：2Fe2+ + Cl2 = 2Fe3+ + 2Cl- 滴定原理：2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ + I2I．步骤③通入足量氯气发生反应的离子方程式为2Fe2+ + Cl2 = 2Fe3+ + 2Cl- ；II．过量的氯气能氧化I-，会影响实验结果，所以步骤④中煮沸的作用是赶走溶液中溶解的过量的Cl2；。III．步骤⑤为溶液的配制，用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、胶头滴管、250mL容量瓶。IV．滴定过程中发生的反应为2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ + I2，由反应式知n(I-)= n(Fe3+)=0.002mol，结合流程图知10.0g炉渣中铁的物质的量为0.025mol，质量为1.4g,质量分数为14%。
由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去。
(注:NaCl熔点为801℃;
(1)
（2）将
(3)在用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为
。
正确答案
（1）①
②
（2）HCl和
略
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