- 铝的化学性质和冶炼
- 共2786题
根据Mg与CO2的反应推测，Na也能在CO2中燃烧，且固体产物可能为C、Na2O和Na2CO3中的两种或三种。某兴趣小组用如下装置开展两个阶段的实验探究。
【实验I】引发CO2与Na反应。操作步骤为：
①按图连接装置，检验装置气密性，并往各装置中加入试剂；
②打开装置a上活塞一段时间；
③点燃d处酒精灯，使CO2与Na充分反应。停止加热，继续通气体使双通管冷却。
回答下列问题：
（1）装置a中用到的玻璃仪器有试管和 ；
（2）装置b中装入的试剂是 ；
（3）装置c的作用是 ；
（4）步骤②中，当观察到 时，才能进入步骤③。
【实验Ⅱ】探究反应产物及反应机理。取反应后双通管中固体物质29.2 g进行如下实验：
①仔细观察固体，发现有黑色颗粒；
②将固体溶于足量的水并过滤、洗涤，得到1.8 g滤渣（干燥）；
③将滤液加水稀释配成250 mL的溶液；
④取少量③的溶液，先加足量BaCl2溶液，观察到白色沉淀,所得固体质量为3.94g；再加几滴酚酞试液，溶液变红；
⑤取25.00 mL③的溶液，滴加甲基橙作为指示剂，用3.0 mol·L-1盐酸滴定，消耗盐酸体积为20.00 mL。
回答下列问题：
（5）如何判断⑤中的滴定终点
（6）反应后装置d中的固体物质为 ；通过计算分析：29.2 g残留固体中，各组分的质量各是多少?
正确答案
（1）长颈漏斗（2分,多答导管不扣分）
（2）饱和NaHCO3溶液 （2分）
（3）干燥CO2（2分）
（4）e处澄清石灰水变浑浊 （2分）
（5）当滴入最后一滴盐酸时溶液恰好由黄色变为橙色，且半分钟内不变色。（2分）
（6）C、Na2O、Na2CO3（3分）C：1.8g；Na2O：6.2g；Na2CO3：21.2g（3分）
试题分析：（1）从图中可以看出a中的玻璃仪器有试管和长颈漏斗，二者构成了简易启普发生器。
（2）本题要探究的是Na在CO2中燃烧的产物，所以Na与CO2 反应位置应该在d中的硬质玻璃管中，所以CO2 从左边通入。因此a装置是CO2制取装置，实验中用盐酸和石灰石反应制取。制得的CO2 混有水蒸气和HCl气体，所以要除杂，防止其他的杂质气体与钠反应，所以b装置可以除去HCl气体，应用饱和碳酸氢钠溶液。
（3）c装置除水蒸气，干燥二氧化碳。
（4）为了防止空气中的氧气参与反应，应在反应之前先通二氧化碳气体排除空气，所以当看到e处澄清石灰水变浑浊，则说明装置已充满二氧化碳气体。
（5）因为酸滴定碱，用甲基橙作指示剂，所以滴定终点时甲基橙的颜色应该为黄色变为橙色，所以判定终点是：当滴入最后一滴盐酸时溶液恰好由黄色变为橙色，且半分钟内不变色。
（6）步骤①将固中得到1.8g滤渣（干燥）为不溶物碳。
步骤③中最终所得固体质量为3.94g为碳酸钡，说明反应生成碳酸钠，根据碳元素守恒可知，碳酸钠的物质的量=3.94g/197g/mol=0.02mol，故29.2g固体物质中n(Na2CO3)=0.02mol×250ml/25ml=0.2mol，m(Na2CO3)=0.2mol×106g/mol=21.2g。
步骤④中盐酸滴定碳酸钠，消耗盐酸的物质的量为0.02mol×2=0.04mol，实际消耗HCl为3.0mol•L-1×0.020L=0.06mol，大于0.02mol，故溶液中含有氢氧化钠，说明反应中有氧化钠生成，滴定中氢氧化钠消耗的HCl为0.06mol-0.04mol=0.02mol，根据钠离子守恒可知氧化钠的物质的量n(Na2O)=0.02mol/2=0.01mol，其质量为m(Na2O)=0.1mol×62g/mol=6.2g，且1.8g+21.2g+6.2g=29.2g，等于所取固体物质的质量，故生成为C、Na2O和Na2CO3。
（18分）某化学兴趣小组用含有铝、铁、铜的合金制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体[FeSO4·7H2O]和胆矾晶体，以探索工业废料的再利用。其实验方案如下：
回答下列问题：
（1）写出合金与烧碱溶液反应的离子方程式 。
（2）由滤液A制AlCl3溶液的途径有①和②两种，你认为合理的
（3）用滤渣F通过两种途径制取胆矾，与途径③相比，途径④明显具有的两个优点是 、 。
（4）通过途径
a．加热温度过高 b．加热时胆矾晶体飞溅出来
c．加热后放在空气中冷却 d．所用坩埚事先未干燥（潮湿）
正确答案
（1）2Al+2OH－+2H2O＝2AlO2─ +3H2↑ （2分）；
（2）途径②（2分）； 
（3）产生等量胆矾途径④消耗硫酸少（1分） 途径④不会产生污染大气的气体（1分）
（4）蒸发浓缩（1分） 过滤（1分） 2Cu+O2+4H+＝2Cu2++2H2O（2分）
（5）4（2分） abd（3分）
略
(8分)将0.2molMg、Al的混合物用盐酸完全溶解，放出标准状况下5.6L气体，然后再滴入2mol/LNaOH溶液，请回答：（写计算过程）
（1）若该Mg、Al的混合物与盐酸恰好完全反应，在滴加NaOH溶液过程中，欲使Mg2+、Al3+刚好沉淀完全，则滴入NaOH溶液的体积是多少？
（2）若该Mg、Al混合物溶于200ml 3mol/L盐酸后，滴入NaOH溶液，使所得沉淀中无Al(OH)3，则滴入NaOH溶液的体积最少为多少？
正确答案
略
铝及其化合物在生产生活中具有重要的作用。
（1）铝在元素周期表中的位置是 。
（2）已知电负性的数值表示原子对电子吸引能力的相对大小。以下是几种原子的电负性数值：
①铝的电负性χ的范围是 。
②电负性的数值与元素金属性的关系是 。
③下列实验能比较镁和铝的金属性强弱的是 。
a．测定镁和铝的导电性强弱
b．测定等物质的量浓度的Al2(SO4)3和MgSO4溶液的pH
c．向0.1 mol/LAlCl3和0.1 mol/L MgCl2中加过量NaOH溶液
（3）铝热法是常用的金属冶炼方法之一。
已知：4Al(s)＋3O2(g)＝2Al2O3(s) ΔH1＝-3352 kJ/mol
Mn(s)＋O2(g)＝MnO2(s) ΔH2＝ -521 kJ/mol
Al与MnO2反应冶炼金属Mn的热化学方程式是 。
（4）冶炼金属铝时，用石墨做电极电解熔融Al2O3。液态铝在（填“阴”或“阳”） 极得到，电解过程中，阳极石墨需要不断补充，结合电极反应说明其原因是 。
正确答案
（14分，每空2分）
（1）第3周期第ⅢA族
（2）①电负性数值越大，元素的金属性越弱
② 1.2＜χ＜1.8
③ c
（3）4Al(s)＋ 3MnO2(s)＝3Mn(s)＋2Al2O3(s) ΔH＝–1789 kJ/mol
（4）阴
在阳极发生反应2O2-– 4e-＝O2↑，C＋O2＝CO2，石墨由于被消耗需要不断补充
试题分析：（1）Al为13号元素，位于第3周期第ⅢA族。
（2）①根据电负性的变化规律，铝的电负性介于Mg和Si之间。
②电负性数值越大，原子对电子吸引能力越大，失电子越难，所以金属性越弱。
③a、导电性与电负性无关，错误；b、等物质的量浓度的Al2(SO4)3和MgSO4溶液，SO42‾浓度不同，错误；c、加过量NaOH溶液，AlCl3溶液先出现沉淀后溶解，说明Al(OH)3呈两性，金属性弱于Mg，正确。
（3）首先写出化学方程式，注明状态，然后根据盖斯定律求焓变：∆H=∆H1–3∆H2=" –1789" kJ•mol‾1，进而写出热化学方程式。
（4）Al3+在阴极得电子生成Al；阳极O2‾得电子生成O2，在较高温度下与石墨反应生成CO2，石墨电池被消耗，所以需要不断补充。
日常生活中使用的铝合金中的铝来自于电解氧化铝。工业上电解氧化铝要求其纯度不得低于98.2%，而天然铝土矿的氧化铝含量为50%～70%，杂质主要为SiO2、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O等。工业生产铝锭的工艺流程示意图如下。
一些氢氧化物沉淀的pH如下表。
请回答下列问题。
(1)实验室进行步骤④的操作名称为________。
(2)固体A的化学式为________，物质C的化学式为________。
(3)步骤④调节pH的范围为________。
(4)步骤⑥反应的化学方程式为________。
正确答案
(1)过滤
(2)SiO2 NaOH溶液(其他合理答案也可)
(3)5.2＜pH＜10.4
(4)2Al2O3(熔融)
本题以工业生产铝锭的工艺流程为背景，考查内容包括pH的选择、过滤操作、常见金属元素及其化合物的主要性质等。SiO2是酸性氧化物不与盐酸反应，进行过滤操作(步骤②)，得到固体A是SiO2；加入NaOH溶液，调节pH使Fe3＋沉淀，步骤④是过滤得到氢氧化铝沉淀。步骤④为使Al3＋完全沉淀，而Mg2＋不能产生沉淀，需调节溶液的pH在5.2～10.4之间。
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