- 铝的化学性质和冶炼
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(13分)某混合物A,含有KAl(SO4)2、Al2O3和Fe2O3,在一定条件下可实现下图所示的物质之间的变化:
据此回答下列问题:
(1)I、II、III、IV四步中对于溶液和沉淀的分离采取的方法是 。
(2)根据上述框图反应关系,写出下列B、 D所含物质的化学式
固体B ;沉淀D 。
(3)写出①、②反应的离子方程式:
① ;② ;
(4)以Fe2O3为原料,可制备FeCl2溶液,请写出有关的化学反应方程式,试剂任选。
正确答案
(1)过滤;(2)Al2O3;;Fe2O3;
(3)①Al2O3+2OH- =2AlO2-+H2O (2分)
②Al3++3NH3·H2O=Al(OH) 3↓+3NH4+(2分)
(4)Fe2O3 + 6HCl =" 2" FeCl3 + 3 H2O ;(2分) (其余合理答案也可给分)
2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 (2分)
试题分析:根据题意知,混合物A含有KAl(SO4)2、Al2O3和Fe2O3,加水后经过滤可得KAl(SO4)2溶液和Al2O3、Fe2O3沉淀混合物C,向混合物C中加入NaOH溶液,NaOH和Al2O3反应生成NaAlO2,过滤后得到NaAlO2溶液,沉淀D为Fe2O3, NaAlO2溶液中加入适量盐酸,反应生成Al(OH)3和NaCl,Al(OH)3加热分解生成B为Al2O3,溶液KAl(SO4)2中通入过量氨气生成氢氧化铝沉淀和溶液E,溶液E为K2SO4和(NH4)2SO4混合物;(1)根据题给流程图知,I、II、III、IV四步为溶液和沉淀的分离,采取的方法是过滤;(2)由以上分析可知B为Al2O3,D为Fe2O3;(3)反应①为Al2O3和氢氧化钠的反应,方程式为Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O,反应②为Al3+和氨水的反应,反应的离子方程式为Al3++3NH3、H2O=Al(OH)3↓+3 NH4+;(4)以Fe2O3为原料,可制备FeCl2溶液,可将氧化铁先与盐酸反应,生成氯化铁和水,然后再加入过量铁粉充分反应后过滤即得氯化亚铁溶液,反应方程式为Fe2O3 + 6HCl =" 2" FeCl3 + 3 H2O ;2FeCl3 + Fe = 3FeCl2。
Al及其化合物在工业上有极其广泛的用途,
(1)焊接钢轨时用Al冶炼Fe的反应方程式为 ;铝的化合物明矾可用于净水,其原理用离子方程式解释为 。
(2)硅藻遗骸中主要成分是Al2O3、SiO2和Fe2O3。从中获取Al(OH)3的过程如下:
步骤I:取适量硅藻遗骸用70%H2SO4浸泡;
步骤II:向上述浸泡液中加入过量NaOH并过滤;
步骤III:向上述滤液中通入过量CO2过滤得到Al(OH)3。
①用70%H2SO4浸取硅藻遗骸的目的是 。
②步骤II中涉及铝元素的离子方程式为 ;
③步骤III中能否用HCl代替CO2? (填“能”或“不能”);该步骤所得滤液中存在的电荷守恒式为 ;向该滤液中滴加少量NaOH溶液,则 填(“变大”、“变小”或“不变”)
(3)Al(OH)3可用作阻热材料,试从Al(OH)3的化学性质角度分析其原因 。
正确答案
(1)Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe(2分) Al3++3H2O=Al(OH)3(胶体)+3H+(2分)
(2)①从硅藻遗骸中浸取出Al3+和Fel3+(1分)
②Al3++4OH-=AlO2-+2H2O(或Al3++3OH-=Al(OH)3↓ Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O)( 2分)
③不能(1分) c(Na+)+c(H+)=2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-)+2c(SO42-)(2分) 变小(1分)
(3)Al(OH)3的分解反应为吸热反应
试题分析:本题是通过工业上Al及其化合物在工业上的用途以及Al(OH)3的分离与制备。
(1)一个是铝热反应的用途—焊接钢轨或者用来冶炼金属,可溶性铝盐净水,主要是利用Al3+的水解
得到Al(OH)3(胶体)吸附悬浮物达到净水的目的。Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe,Al3++3H2O=Al(OH)3(胶体)+3H+。这两个方程式注意条件,前面是高温,后面需注意用“=”号并且要写 “胶体”二字。
(2) 通过从Al2O3、SiO2和Fe2O3中获取Al(OH)3:用H2SO4浸泡溶解Al2O3和Fe2O3,剩余SiO2,然后进行过滤得到固体(SiO2)和滤液(Al3+和Fel3+,SO42-等)。然后向上述浸泡液中加入过量NaOH后得到Fe(OH)3↓和NaAlO2和NaOH的混合溶液并进行过滤。在往上述滤液中通入过量CO2过滤得到Al(OH)3↓和NaHCO3溶液。
①用70%H2SO4浸取硅藻遗骸的目的是使Al2O3、Fe2O3溶解,从硅藻遗骸中浸取出Al3+和Fel3+
②步骤II中涉及铝元素的离子方程式为Al3++4OH-=AlO2-+2H2O(或Al3++3OH-=Al(OH)3↓ Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O),Al3+与OH-的反应与量有关。
③步骤III中不能用HCl代替CO2;HCl不好控制用量,HCl过量Al(OH)3↓会溶解,HCl少量,AlO2-不能完全沉淀。该步骤所得滤液中存在的离子有:阳离子:Na+、 H+ 阴离子:CO32-、HCO3-、OH-、SO42-。根据电荷守恒即有:c(Na+)+c(H+)=2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-)+2c(SO42-)。向该滤液中滴加少量NaOH溶液,消耗H2CO3、CO32-增大,所以=
比值变小
(3)Al(OH)3可用作阻热材料,利用Al(OH)3受热分解,使温度降低。3的分离与制备,物质分离,方程式书写等结合在一起考查
经精选后的铝土矿A(主要成份为Al2O3,含有一定量的Fe2O3、SiO2杂质),可用A来制备电解铝原料——氧化铝,某课外小组同学模拟该过程,设计了如下方案:
请回答:
(1)A中Al2O3与过量氢氧化钠溶液反应的化学方程式是________________
(2)操作I的名称是________________。
(3)下列说法中正确的是________(填选项)。
a 操作Ⅱ是灼烧 b. 滤液3所含阳离子是Fe3+、Al3+
c. 试剂b可用氢氧化钠 d. 为保证转化完全,所加试剂a和试剂b均应过量
(4)写出滤液2、4混合后生成Al(OH)3的离子方程式是______________________ __
正确答案
(7分)(1)Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O(2分)(2)过滤(1分)
(3)acd(2分) (4)3AlO2-+Al3++6H2O=4 Al(OH)3↓ (2分)
试题分析:(1)氧化铝是两性氧化物,所以Al2O3与过量氢氧化钠溶液反应的化学方程式是Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O。
(2)由于氧化铁和氢氧化钠溶液不反应,所以所以从溶液中分离固体的实验操作名称是过滤。
(3)氢氧化铝灼烧即生成氧化铝,a正确;由于二氧化硅不能和盐酸反应,所以试剂a可以是盐酸,则滤液3中Fe3+、Al3+和氢离子,b不正确。将Fe3+、Al3+分离开的试剂可以是氢氧化钠溶液,c正确;为保证转化完全,所加试剂a和试剂b均应过量,d正确,答案选acd。
(4)滤液2中含有AlO2-,能和Al3+反应生成白色沉淀氢氧化铝,则滤液2、4混合后生成Al(OH)3的离子方程式是3AlO2-+Al3++6H2O=4 Al(OH)3↓。
点评:本题以流程图来呈现实验过程的探究性考题,是高考中的常见题型之一。读懂实验流程图,明确实验步骤和原理,是正确解答此类问题的前提,有利于激发学生的学习兴趣和学习积极性。
铝广泛应用于化学工业和日常生活中。工业上由铝土矿(Al2O3·3H2O的含量约为85%,其余主要为SiO2、Fe2O3等)冶炼金属铝的流程如下。
已知拜耳法生产Al2O3·3H2O的基本原理为:
Al2O3·3H2O+2NaOH(aq)2NaAlO2(aq)+4H2O,[Al2O3·3H2O也可表示为2Al(OH)3]
(1)操作Ⅰ的名称为 ,赤泥中除含有铝硅酸盐外,还含有的主要物质有 。
(2)为了提高铝土矿的溶出速率可采取的有效措施为 (任写三点)。
(3)用化学平衡理论解释稀释溶液Ⅰ有利于Al2O3·3H2O 结晶的原因 。
(4)为了析出Al2O3·3H2O,也可向溶液Ⅰ中通入过量CO2气体,写出生成Al2O3·3H2O的离子方程式: 。
(5)为了回收赤泥附着液带走的有用成分,工业上将用热水洗涤后的洗液用作溶液Ⅰ的稀释剂,请指出流程图中另一处类似的做法 。
正确答案
(1)过滤 Fe2O3
(2)将铝土矿粉碎、加热、搅拌、增大NaOH的浓度(任答三点即可)
(3)稀释降低了NaOH的浓度,有利于NaAlO2的水解,使平衡向结晶方向移动(或向左移动)
(4)CO2(过量)+Al+2H2O
Al(OH)3↓+HC
或2CO2(过量)+2Al
+4H2O
Al2O3·3H2O↓+2HC
(5)将溶液Ⅲ循环使用溶解铝土矿
流程原理分析如下:铝土矿(Al2O3、SiO2、Fe2O3)经NaOH溶液处理,Al2O3、SiO2转化为NaAlO2、Na2SiO3,然后过滤,滤出的Fe2O3成为赤泥。对于NaAlO2、Na2SiO3的混合液,经稀释,NaOH浓度降低,使NaAlO2的水解平衡向结晶方向移动(或向左移动),从而得到Al(OH)3(Al2O3·3H2O),然后煅烧去水得到Al2O3,电解熔融Al2O3得到金属Al。在促使Al(OH)3(Al2O3·3H2O)析出的过程中也可以用通入CO2气体的方法,通过反应CO2(过量)+Al+2H2O
Al(OH)3↓+HC
得到Al(OH)3。溶液Ⅱ主要是析出Al(OH)3后,残留有NaAlO2、Na2SiO3的NaOH溶液,经蒸发浓缩可以继续溶解铝土矿。
(12分)A、B、C是单质,其中A是金属,各种物质间的转化关系如图:
根据图示转化关系回答:
(1)写出下列物质的化学式。
A________________,B________________,
乙________________,丁________________。
(2)写出下列变化的化学方程式。
①A与NaOH溶液反应的化学方程式_______________________
____________________________________________________________________。
②甲与NaOH溶液反应的离子方程式_______________________
____________________________________________________________________。
(3)将一定量的A加入到NaOH溶液中,产生的C在标准状况下的体积为3.36 L,则消耗的A的物质的量为________,转移电子的物质的量为________。
正确答案
(1)Al O2 NaAlO2 Al(OH)3
(2)①2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑ ②Al2O3+2OH-===2AlO2-+H2O
(3)0.1 mol 0.3 mol
试题分析:根据图示可知A为Al,C为H2,乙为NaAlO2,丁为Al(OH)3,B为O2,甲为Al2O3,丙为H2O。
Al与NaOH溶液反应为2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,产生3.36L氢气需要0.1mol的Al,1molAl在反应中转移3mol电子,所以转移的电子数为0.3mol。
点评:化学推断题是一类综合性较强的试题,如元素及化合物性质和社会生活,环境保护,化学计算等知识,还可引入学科间综合.它不仅可考察学生对化学知识的理解程度,更重要的是培养学生的综合分析能力和思维方法.。解框图题的方法:最关键的是寻找"突破口"!,"突破口"就是抓"特"字,例如特殊颜色、特殊状态、特殊气味、特殊反应、特殊现象、特殊制法、特殊用途等。
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