- 铝的化学性质和冶炼
- 共2786题
（12分）某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3熔点、沸点数据如下：
I.该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是：该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。请你设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是 ，反应的离子方程式为 。
Ⅱ. 实验研究发现，硝酸发生氧化还原反应时，硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元素的化合价越低。某同学取一定量上述的熔融物与一定量很稀的硝酸充分反应，反应过程中无气体放出。在反应结束后的溶液中，逐滴加入4mol·L－1的氢氧化钠溶液，所加氢氧化钠溶液的体积(mL)与产生的沉淀的物质的量(mol)的关系如图所示。试回答下列问题：
（1）图中OC段没有沉淀生成，此阶段发生反应的离子为： 。
（2）在DE段，沉淀的物质的量没有变化，则此阶段发生反应的离子方为 。
（3）当c=13mL时，原溶液中Fe3+与Al3+的物质的量之比为 。
正确答案
I NaOH 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑
II(1)H+OH-=H2O (2)NH4++OH-=NH3+H2O (3)2:1
I.铝能溶于氢氧化钠溶液中，而铁不能，据此可以鉴别，反应的离子方程式是2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑。
II(1)图中OC段没有沉淀生成，说明硝酸过量，所以反应的方程式是H++OH-====H2O。
（2）由于溶液中的金属阳离子首先和氢氧化钠反应，当沉淀达到最大值时，氢氧化再和溶液中的NH4＋反应，所以DE段反应的方程式是NH4+ +OH-====NH3·H2O。
（3）氢氧化铝是两性氢氧化物，能溶于氢氧化钠中，所以EF段是溶解氢氧化铝的，方程式是Al(OH)3＋OH－=AlO2－＋2H2O，因此故图像可知，消耗氢氧化钠是2ml，物质的量是0.008mol，则氢氧化铝就是0.008mol。因此生成氢氧化铝消耗的氢氧化钠是0.024mol，所以和铁离子反应的氢氧化钠是0.018L×4mol/L－0.024mol＝0.048mol，所以铁离子的物质的量是0.016mol，因此原溶液中Fe3+与Al3+的物质的量之比为2︰1。
某化学兴趣小组模拟工业上从铝土矿（主要成分是
请回答下列问题：
（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的名称为 。
（2）验证溶液B中是否含有Fe3+的方法： 。
（3）不溶物A是 (填化学式)，写出D→E反应的离子方程式 。
（4）说出溶液F中含碳元素溶质的一种用途 。
正确答案
（1）过滤（2分）
（2）取少量溶液B于试管中，加入少量KSCN溶液，若溶液变成红色，则溶液B中含有Fe3＋ （2分）
（3）SiO2（2分）AlO2―＋2H2O＋CO2=HCO3―＋Al(OH)3↓（2分）
（4）发酵粉 治疗胃酸过多等（2分）
试题分析：加入盐酸后，铝土矿中的Al2O3、Fe2O3、MgO能和盐酸反应，而SiO2不能溶解，即不溶物A是SiO2，操作Ⅰ是过滤；所得的滤液B有氯化铝、氯化铁、氯化镁以及过量的盐酸，向其中加过量的烧碱，所得不溶物C为Mg(OH)2 Fe(OH)3，操作Ⅱ也是过滤， 所得滤液D的主要成分为偏铝酸钠，通入过量CO2的化学方程式为NaA1O2+CO2+H2O=Al(OH)3 ↓+NaHCO3，操作Ⅲ也是过滤，将它们分离，不溶物E为Al(OH)3，灼烧后生成产物G为Al2O3，（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的名称为过滤，答案：过滤。（2）验证溶液B中是否含有Fe3+的方法：取少量溶液B于试管中，加入少量KSCN溶液，若溶液变成红色，则溶液B中含有Fe3＋ 。答案：取少量溶液B于试管中，加入少量KSCN溶液，若溶液变成红色，则溶液B中含有Fe3＋ 。（3）不溶物A是SiO2，写出D→E反应的离子方程式：AlO2―＋2H2O＋CO2=HCO3―＋Al(OH)3↓，答案：SiO2（2分）AlO2―＋2H2O＋CO2=HCO3―＋Al(OH)3↓（2分）；（4）NaHCO3，可以制纯碱或做发酵粉、治疗胃酸过多等，答案;发酵粉 治疗胃酸过多等。
(9分) 现有FeCl3、AlCl3的混合溶液100mL,逐滴加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量随加入的NaOH的物质的量的关系如图，
请计算出（1）a处沉淀的总物质的量 mol;
（2）c(FeCl3)= mol/L ; （3）c(AlCl3)= mol/L
正确答案
（1）1 （2） 4 （3） 6
氯化铁、氯化铝和氢氧化钠反应分别生成氢氧化铁和氢氧化铝沉淀。但氢氧化铝是两性氢氧化物，能溶于氢氧化钠中。所以根据图像可知a点是氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，b点是氢氧化铁沉淀。溶解氢氧化铝消耗氢氧化钠是0.6mol。所以根据方程式Al(OH)3＋NaOH=NaAlO2＋2H2O可知氢氧化铝是0.6mol，根据原子守恒可知氯化铝也是0.6mol，浓度是0.6mol÷0.1L＝6.0mol/L。根据反应FeCl3＋3NaOH=Fe(OH)3↓＋3NaCl、AlCl3＋3NaOH=Al(OH)3↓＋3NaCl可知，生成0.6mol氢氧化铝消耗氢氧化钠是1.8mol，所以和氯化铁反应的氢氧化钠是3mol－1.8mol＝1.2mol，因此氯化铁是0.4mol，浓度是4.0mol/L。氢氧化铁和氢氧化铝一共是0.6mol＋0.4mol＝1.0mol。
单质A与粉末化合物B组成的混合物能发生如图所示的一系列反应：
请回答下列问题：
(1)组成A单质的元素在周期表中处于第__________周期__________族。
(2)化合物B的电子式为_____________________________。
(3)D与G两溶液混合后发生反应的离子方程式为____________________
(4)常温下，D溶液的pH________7(填“＞”、“＜”或“＝”)，其原因是____________________________(用离子方程式表示)。
(5)10.8 g A单质与足量的NaOH溶液反应，消耗氧化剂的质量为________ g。
(6)用碳棒、稀硫酸、气体E和气体F组成燃料电池，该电池的正极反应式为______________________。以该电池为电源，用惰性电极电解100 g 8%的C溶液，电解到溶质的质量分数为12.5%时停止电解，则电解过程中，生成的气体在准状况下的体积共为________ L，电路上通过电子的物质的量为________ mol。
正确答案
(1)三 ⅢA
(2)
(3)Al3＋＋3
(4)＜ Al3＋＋3H2O
(5)21.6 (6)O2＋4H＋＋4e－=2H2O 67.2 4
沉淀H既能与稀硫酸反应，又能与NaOH溶液反应，而D、G两溶液混合可以生成沉淀H，故推测H为两性氢氧化物Al(OH)3。故A为Al，B为Na2O2，C、D、G分别为Na2SO4、Al2(SO4)3、NaAlO2。(5)铝与氢氧化钠溶液反应的氧化剂是水，0.4 mol铝转移电子数为1.2 mol，消耗水的物质的量为1.2 mol，则水的质量为18 g·mol－1×1.2 mol＝21.6 g。(6)电解Na2SO4溶液，实际上是电解水，溶质质量不变，8 g/12.5%＝64 g，则被电解的水的质量为36 g(2 mol)。电解水的化学方程式为2H2O
（12分）工业上用铝土矿（主要成分是Al2O3，还有少量的Fe2O3、SiO2）提取冶炼铝的原料氧化铝。工艺流程如下图：
(1)原料A的名称是 ，步骤①反应的离子方程式是 。
(2) 滤液1中要加入稍过量原料B，原料B的化学式是 ，步骤②反应的离子方程式是： 。
(3) 步骤③的化学方程式是： 。
(4) 如果省去步骤①，即溶解铝土矿是从加入原料B开始，则会对氧化铝的提取有什么影响 。
正确答案
（1）盐酸（硫酸、硝酸）（1分）Al2O3+6H+=2Al3++3H2O（1分）Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O（1分）
（2）NaOH（2分）H++OH-=H2O（1分）Fe3++3OH-=Fe(OH)3 ↓（1分）Al3++4OH-=AlO2-+2H2O（1分）
（3）NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3（2分）
（4）若用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，最后使加热制得的Al2O3混有SiO2杂质（2分）
由于步骤③需要的试剂是CO2，所以滤液2中应该是偏铝酸钠，则原料B是氢氧化钠，即滤液1中含有铝离子，所以原料A 是盐酸，残渣是和盐酸不反应的二氧化硅。滤液1中含有氢离子、铝离子和铁离子。加入足量的氢氧化钠后，生成氢氧化铁沉淀，所以滤液2中含有偏铝酸钠和氢氧化钠。然后通入足量的CO2气体，生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝分解即得到氧化铝。而滤液3的主要成分是碳酸氢钠。如果省去步骤①，溶解铝土矿直接从加入原料B开始，则有部分SiO2溶解在NaOH溶液中生成硅酸钠，最后使加热制得的Al2O3混有SiO2杂质。
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