- 铝的化学性质和冶炼
- 共2786题
某地有丰富的铝土矿和石灰石资源，拟用铝土矿（主要成分是Al2O3,还有少量的Fe2O3、SiO2）为原料冶炼铝，工艺流程如下图所示：
（1）原料A的名称是 ，可循环使用的物质的化学式式为 。
（2）如果省去步骤①，即溶解铝土矿从直接加入B溶液开始，则最终会对氧化铝的生产产生的影响是 。
（3）写步骤③的离子方程式 。
（4）步骤⑤是在铝电解槽中进行，电解槽的两极材料均用石墨，写出阴极的电极反应方程式 。
（5）工业常用阳极氧化法使铝的表面生成致密的氧化膜。如右图是铝阳极氧化实验装置图：a端是电源的 极。铝片表面形成氧化铝的原理是（用电极方程式表示） ， （填“能”或“不能”）用较浓NaCl溶液代替20%H2SO4作电解液进行铝的阳极氧化，若不能，请说明理由 。
正确答案
（1）盐酸（或硫酸）（1分） CaCO3和NaOH（2分）
（2）生成的氧化铝中含有二氧化硅杂质（2分）
（3）2AlO2－＋CO2＋3H2O
（4）Al3＋＋3e－
（5）正（1分） 2Al－6e－＋3H2O
试题分析：（1）SiO2和盐酸不反应，Fe2O3和氢氧化钠不反应而氧化铝能反应，向偏铝酸钠中通入过量的二氧化碳可以生成氢氧化铝沉淀。由工艺流程可知步骤③通入的为二氧化碳，生成的沉淀为氢氧化铝，所以滤液②含有AlO2－．步骤②应加入氢氧化钠除去铁离子，将铝离子转化为AlO2－，所以滤液①中含有Al3＋，步骤①应为加入盐酸，除去SiO2。
滤液①中含有Al3＋、Fe3＋、Cl－、H＋等，加入氢氧化钠，除去铁离子、氢离子，将铝离子转化为AlO2－，滤液2含有AlO2－，Cl－、Na＋、，通入二氧化碳将偏铝酸根离子转化为氢氧化铝，所以滤液3中的离子主要有Na＋、OH－、Cl－、HCO3－，步骤③通入二氧化碳与AlO2－反应生成的沉淀为氢氧化铝，反应化学方程式为NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3，CaCO3
（2）如果省去步骤①，即溶解铝土矿是从加入原料B开始，用NaOH溶液溶解铝土矿，则有部分SiO2溶解在NaOH溶液中生成硅酸钠，通入二氧化碳会生成硅酸沉淀，最后使加热制得的Al2O3混有SiO2杂质。
（3）步骤③通入二氧化碳与AlO2－反应生成的沉淀为氢氧化铝，二氧化碳少量时离子方程式为2AlO2－＋CO2＋3H2O
（4）三氧化铝熔融时电离出O2－和Al3＋，阳离子在阴极放电，所以阴极的电极反应方程式Al3＋＋3e－
（5）电解池的阳极材料是铝时，则该电极反应是铝本身失电子的过程，即2Al－6e－＋3H2O
I、某同学设计实验将Fe3O4和CuO组成的混合物X进行如图所示的转化（每一步均反应完全）
（1）生成气体B的化学方程式是____________________________。
（2）将固体D投入过量稀硫酸并充分反应后，过滤，再向滤液加入双氧水，得黄色溶液。 写出当加入双氧水时溶液中发生反应的离子方程式：________________________ 。
（3）若已知固体X的质量为7．2g反应中Al粉的质量是2．7g，气体B在标准状况下的体积为672mL，则固体D的质量是____________ g．
II、混合物A由碳酸钠和碳酸氢钠组成。现有两包质量相等的混合物A：
（4）若向其中一包加入100mL 3mol/L的Ba(OH)2溶液（过量），使HCO3-、CO32-全部变为沉淀，过滤后，再向滤液中加入200mL 2mol/L的稀盐酸，溶液恰好呈中性。
①写出下列反应的离子方程式
碳酸氢钠与过量氢氧化钡的反应：____________________________；
②混合物A中NaHCO3的质量为____________________g。
（5）若向另一包中先加50mL8mol/L的HCl溶液，使HCO3-、CO32-全部变为CO2后，再加50mL2mol/L的
Ba(OH)2溶液，混合后的溶液pH=14（混合后溶液体积变化忽略不计、在常温下）。混合物A中Na2CO3的质量为_______________g。
正确答案
（1）2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑
（2）2Fe2++H2O2+2H+==2Fe2++2H2O
（3）5.28
（4）①
（5）5.3g
氯化铝融盐电解法是以氯化铝为原料，以碱金属或碱土金属氯化物（含少量MgCl2、KCl、CaCl2）为电解质进行电解制取铝的方法。
（1）氯化铝融盐电解法需要先制纯氧化铝。以铝土矿（主要成分为Al2O3，含有少量Fe2O3、SiO2等杂质）为原料通过以下途径提纯氧化铝：
①依次写出X、Y的成分 ， 。
②如图所示在实验室中进行过滤，操作中的两处错误分别是 ； 。
（2）制备无水氯化铝的反应为：2Al2O3+6Cl2
③为促进该反应的进行，实际生产中需加入焦炭，其原理是 。
④加入焦炭后的化学反应可表示为Al2O3+C+Cl2
（3）现在工业上通常用电解熔融氧化铝方式制取铝，理论上生产1吨铝消耗的氧化铝的质量_________
（填“大于”、“小于”、“等于”）氯化铝质量。
正确答案
（10分）（1）①NaOH溶液（1分）； 稀盐酸（1分）
②没有使用玻璃棒引流；滤纸边缘高于漏斗边缘（2分）
（2）③碳与O2反应，有利于反应正向进行（2分）
④不正确。将生成气体先通过灼热的CuO粉末，若有CO就会生成CO2，这样就无法确定原来是否有CO2。（2分） （3）小于（2分）
试题分析：（1）①滤液乙能和氨水反应生成氢氧化铝沉淀，这说明滤液乙中含有铝离子，所以Y应该是盐酸。则滤液甲中含有AlO2－和SiO32－，因此X是NaOH。氧化铁和氢氧化钠不反应，过量得到氧化铁。硅酸钠和盐酸反应生成硅酸沉淀，过量得到氯化铝和盐酸的混合液，加入氨气即生成氢氧化铝沉淀。
②根据装置图可知，该装置是过滤装置，因此主要的错误在于没有使用玻璃棒引流，其次滤纸边缘高于漏斗边缘。
（2）③因为在加热的条件下，碳与O2反应，生成CO或CO2，降低氧气的浓度，有利于反应正向进行。
④由于在加热的条件下，CO能和氧化铜反应生成CO2，所以将生成气体先通过灼热的CuO粉末，若有CO就会生成CO2，这样就无法确定原来是否有CO2，所以是不正确的。
（3）根据原子守恒可知，1mol氧化铝可以生成2mol氯化铝。1mol氧化铝的质量是102g，2mol氯化铝的质量是2mol×133.5g/mol＝267g，所以氧化铝的质量小于氯化铝的质量。
某学习小组用图示装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量。
（1）A中试剂为 。
（2）实验前，先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是 。
（3）检查气密性，将药品和水装入各仪器中，连接好装置后，需进行的操作还有：①记录C的液面位置；②将B中剩余固体过滤，洗涤，干燥，称重；③待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录C的液面位置；④由A向B滴加足量试剂；⑤检查气密性。上述操作的顺序是 （填序号）；记录C的液面位置时，除视线平视外，还应 。
（4）B中发生反应的化学方程式为
（5）若实验用铝镁合金的质量为a g，测得氢气体积为b mL(已换算为标准状况)，B中剩余固体的质量为c g，则铝的相对原子质量为 。
（6）实验过程中，若未洗涤过滤所得的不溶物，则测得铝的质量分数将 （填“偏大”“偏小”或“不受影响”）。
正确答案
（1）NaOH溶液 （2）除去铝镁合金表面的氧化膜
（3）⑤①④③②；使D和C的液面相平
（4）2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑ （5）
试题分析：（1）镁和铝都是活泼的金属，都能和酸反应生成氢气。但铝能和氢氧化钠溶液反应生成氢气，所以A中试剂为氢氧化钠溶液。
（2）由于镁和铝都是活泼的金属，在其表面含有氧化膜，所以实验前，先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是除去铝镁合金表面的氧化膜。
（3）装置连接好以后，首先检验装置的气密性。实验前要记录C的液面位置，然后由A向B滴加足量氢氧化钠溶液，待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录C的液面位置，最后将B中剩余固体过滤，洗涤，干燥，称重，即正确的操作顺序是⑤①④③②；读数是必须使内外压强相等，所以记录C的液面位置时，除视线平视外，还应使D和C的液面相平。
（4）镁和氢氧化钠溶液不反应，所以B中发生反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑。
（5）剩余固体是镁。质量是cg，则铝的质量是（a－c）g。反应中生成的氢气是
（6）实验过程中，若未洗涤过滤所得的不溶物，则c偏大，所以测得铝的质量分数将偏小。
点评：该题是高考中的常见题型，试题综合性强，对学生的实验能力要求高，有助于激发学生的学习兴趣，和学习积极性。该题的关键是明确实验原理，然后结合题意灵活运用即可。该类试题主要是以常见仪器的选用、实验基本操作为中心，通过是什么、为什么和怎样做重点考查实验基本操作的规范性和准确及灵活运用知识解决实际问题的能力。
（14分）镁、铝是两种重要的金属，它们的单质及化合物有着各自的性质。
Ⅰ．海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。从海水中制取镁，某同学设计了如下
流程步骤：
主要的步骤总结如下：①把贝壳制成石灰乳 ②往母液中加石灰乳，沉降、过滤，得到Mg(OH)2沉淀 ③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤，将制得的晶体脱水得无水MgCl2
④将得到的产物熔融后电解。
（1）下列说法不正确的是__________________（填代号）
（2）步骤②不够合理，理由是
Ⅱ．（1）铝、空气、海水可组成一种电池，广泛用于制造航标灯。此电池正极的电极反应为 。
（2）铝热还原法是冶炼熔点较高的金属的一种重要方法，焊接钢轨即用到此法。将干燥的氧化铁粉末和铝粉均匀混合后放入纸漏斗中（漏斗已事先处理好），并架在铁架台上，
下面放置一个盛有沙子的蒸发皿。请写出引发铝热反应的操作及该反应的化学方程式：
操作
化学方程式 。
（3）为确定某铝热剂（氧化铁粉末和铝粉）的组成，分别进行下列实验。
若取10.7g样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成的气体（标准状况）体积为3.36L，反应的化学方程式为 ，样品中铝的质量是 g。
若取10.7g样品将其点燃，恰好完全反应，待反应产物冷却后，加入足量盐酸，测得生成的气体体积为aL，该气体与上小题中所得气体的体积比等于 ∶ 。
正确答案
（14分）Ⅰ．（1）D （1分）
（2）石灰乳中的Ca(OH)2为微溶物，制得的Mg(OH)2不纯净。（1分）
Ⅱ．（1）（1）O2 + 4e－+2H2O4OH－（2分）
（2）在混合物上面加入少量氯酸钾固体，中间插入一根用砂纸打磨过的镁条并点燃镁条。（2分） 2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe （2分）
（3）2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑ （2分） 2.7 （2分） 2:3 （2分
试题分析：Ⅰ．（1）把贝壳制成石灰乳涉及两步反应，首先贝壳高温分解制成氧化钙，然后氧化钙与水结合制成石灰乳；在引入的海水中加石灰乳后，石灰乳的主要成分氢氧化钙与海水中的镁离子结合生成氢氧化镁沉淀；氢氧化镁与盐酸反应生成氯化镁；电解熔融的氯化镁得到金属镁。分析上述转化过程，可知反应中没有涉及置换反应，D不正确，其余选项都是正确的，答案选D。
（2）由于石灰乳中的Ca(OH)2为微溶物，所以制得的Mg(OH)2不纯净，因此步骤②不够合理。
Ⅱ．（1）铝是活泼的金属，作负极，空气在正极通入，所以正极电极反应式是O2 + 4e－+2H2O4OH－。
（2）铝热反应的正确操作是：在混合物上面加入少量氯酸钾固体，中间插入一根用砂纸打磨过的镁条并点燃镁条，反应的化学方程式是2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe。
（3）铝热剂中和氢氧化钠溶液反应的是单质Al，所以反应的化学方程式是
2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑。氢气的物质的量是3.36L÷22.4L/mol＝0.15mol，因此根据方程式可知，Al的物质的量是0.1mol，质量是2.7g。发生铝热反应后生成单质铁的物质的量是0.1mol，因此铁再和酸反应生成的氢气是0.1mol，所以所得气体的体积比等于2︰3。
点评：在铝热反应的有关计算中，应该利用电子的得失守恒进行有关计算，但在该题中，由于铁和稀硫酸反应失去2个电子，而不是3个电子，所以如果直接利用电子得失守恒则很容易得出1︰1的错误结论。因此在具体的计算中，还需要具体问题具体分析，灵活运用。
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