- 铝的化学性质和冶炼
- 共2786题
(16分)镁化合物和氯气均具有广泛用途,请回答下列问题:
(1)写镁和氯气反应产物的电子式
(2)下图是金属镁和卤素反应的能量变化图(反应物和产物均为298K时的稳定状态)。则下列选项中正确的是
A MgI2中Mg2+与I-间的作用力小于MgF2中Mg2+与F-间的作用力
B Mg与X2的反应是放热反应
C MgBr2与Cl2反应的△H<0
D 化合物的热稳定性顺序为MgI2>MgBr2>MgCl2>MgF2
(3)在298K、100Kpa时,在1L水中可溶解0.09mol氯气,实验测得溶于水的Cl2约有三分之一与水反应。请回答下列问题:
①该反应的离子方程式为 ,平衡常数表达式为
②在上述平衡体系中加入少量NaCl固体,平衡将 (填“正向移动”、“逆向移动”、“不移动”);增大氯气的压强,氯气的溶解度将 ,氯气和水反应的平衡常数将
(填“变大”、“变小”、“不变”)。
③已知: H2CO3 HCO3- + H+ Ka1(H2CO3) = 4.45×10-7
HCO3- CO32- + H+ Ka2(H2CO3) = 5.61×10-11
HClO H+ + ClO- Ka(HClO) = 2.95×10-8
请依据以上碳酸和次氯酸的电离平衡常数,写出在下列条件下所发生反应的离子方程式:
将少量的氯气通入到过量的碳酸钠溶液中____________________________________;
正确答案
(1) (2) ABC
(3)① Cl2+H2O H++Cl-+HClO , K=
② 逆向移动 变大 不变 ③ Cl2+H2O+2CO32-=2HCO3-+Cl-+ClO- (每空2分)
(1)氯化镁是由离子键形成的离子化合物,电子式为。
(2)根据反应过程中的能量变化可知,生成MgF2是放热最多,说明形成的离子键最强,化合物最稳定,所以只有选项D是错误的,答案选ABC。
(3)氯气溶于水生成盐酸和次氯酸,方程式为Cl2+H2O H++Cl-+HclO。所以平衡常数的表达式是
。如果加入氯化钠固体,则氯离子浓度增大,平衡向逆反应方向移动。压强越大,气体的溶解度越,但平衡常数只和温度有关系,所以平衡常数是不变的。根据平衡常数可知,碳酸的酸性强于次氯酸的,次氯酸的酸性强于碳酸氢钠的,所以根据较强的酸制取较弱的酸的原理可知,反应的方程式为Cl2+H2O+2CO32-=2HCO3-+Cl-+ClO-。
(10) 在200 mL含Mg2+、Al3+、NH、H+、Cl-等离子的溶液中,逐滴加入5 mol·L-1的氢氧化钠溶液,所加氢氧化钠溶液的体积(mL)与产生沉淀的物质的量(mol)关系如下图所示。
通过计算填写下列空白:
(1). x与y的差为
(2). 原溶液中c(Cl-)=
(3). 原溶液的pH=
(4). 原溶液中n(Mg2+)∶n(Al3+)=
(5). 所加氢氧化钠溶液体积大于33ml时,反应的离子方程式为 .
正确答案
(1).0.01 (2).0.825 (3). 1 (4). 5:1 (5).Al(OH)3 + OH-- ="=" AlO2-- + 2H2O
略
X、Y、Z、W是元素周期表中原子序数依次增大的四种短周期,其相关信息如下表:
(1)W位于元素周期表第 周期第 族;W的原子半径比X的
(填“大”或“小”)。
(2)Z的第一电离能比W的 (填“大”或“小”);XY2由固态变为气态所需克服的微粒间作用力是 。氢元素、X、Y的原子可共同形成多种分子,写出其中一种能形成同种分子间氢键的物质名称 。
(3)振荡下,向Z单质与盐酸反应后的无色溶液中滴加NaOH溶液直至过量,能观察到的现象是 ;W的单质与氢氟酸反应生成两种无色气体,该反应的化学方程式是 。
(4)在25℃、101kPa下,已知13.5g的Z固体单质在Y2气体中完全燃烧后恢复至原状态,放热419kJ,该反应的热化学方程式是 。
正确答案
(1)3 IVA 大;
(2)小 分子间作用力 乙醇
(3)先生成白色沉淀,后沉淀逐渐溶解,最后变成无色溶液;Si+4HF=SiF4+H2↑
(4)4Al(s)+3O2(g)=2Al2O3(s) △H=-1676kJ/mol
根据题意知,X、Y、Z、W是元素周期表中原子序数依次增大的四种短周期,Y是地壳中含量最高的元素,则Y为氧元素;X的最高价氧化物对应的水化物化学式为H2XO3,最高正化合价为+4,处于ⅣA族,原子序数小于氧元素,故X为碳元素;Z的基态原子最外层电子排布式为3s23p1,处于第三周期第ⅢA族,则Z为Al元素;W的一种核素的质量数为28,中子数为14,其质子数=28-14=14,故W为Si元素,
(1)W为Si元素,Si原子核外有3个电子层,最外层电子数为4,处于周期表中第三周期第ⅣA族;同主族自上而下原子半径增大,则原子半径Si>C。
(2)同周期自左而右元素的第一电离能呈增大趋势,故第一电离能Al<Si;CO2固态属于分子晶体,由固态变为气态所需克服的微粒间作用力是分子间作用力;氢元素、C、O的原子可共同形成多种分子,能形成同种分子间氢键的物质含有羟基或羧基,如乙醇等。
(3)Al单质与盐酸反应后的无色溶液为氯化铝溶液,振荡下,向氯化铝溶液中滴加NaOH溶液直至过量,首先反应生成氢氧化铝,然后氢氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠,故能观察到的现象是:先生成白色沉淀,后沉淀逐渐溶解,最后变成无色溶液;Si的单质与氢氟酸反应生成四氟化硅与氢气,反应方程式为:Si+4HF=SiF4↑+2H2↑。
(4)热化学方程式为:4Al(s)+3O2(g)=2Al2O3(s) △H=-1676kJ/mol
如图是传统的工业生产金属铝的基本流程图。
请回答:
(1)金属铝常用来制造容器,但铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性等食物,写出铝与氢氧化钠溶液反应的离子方程式:_____________________________________。
石油炼制和煤的干馏产品________(填物质名称)作电解铝的阴极和阳极材料。
(2)在冶炼过程中,阳极材料需要定期进行更换,原因是该极材料不断被消耗,产生这种现象的原因是____________________________________(用化学方程式表示)。
(3)工业上通过电解熔融的MgCl2制取金属镁,电解反应方程式为________________。镁和铝都是活泼金属,为什么在电解冶炼过程中,一个用氯化物,一个用氧化物,请说明理由。________________________________________________。
正确答案
(1)2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ 石墨(或碳)
(2)2C+O22CO
(3)MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ MgO的溶点太高,而MgCl2的熔点较低,熔化时MgCl2能发生电离而导电;AlCl3是共价化合物,熔化时不能发生电离
(1)Al与强碱溶液作用得到偏铝酸盐与氢气,故反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑。
(2)电解过程中阳极产生氧气,在高温下氧气与电极材料(石墨)反应生成CO。
铝元素在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分为Al2O3,还含有Fe2O3、FeO、SiO2)中。工业上用铝土矿制备铝的某种化合物的工艺流程如下。
(1)在滤液A中加入漂白液,目的是氧化除铁,所得滤液B显酸性。
①该过程中涉及某氧化还原反应如下,请完成:
□Fe2++□ClO-+ =□Fe(OH)3↓+□C1-+
②检验滤液B中是否还含有铁元素的方法为: (注明试剂、现象)。
③将滤液B中的铝元素以沉淀形式析出,可选用的最好试剂为 (填代号)。
a.氢氧化钠溶液 b.硫酸溶液 c.氨水 d.二氧化碳
④由滤液B制备氯化铝晶体涉及的操作为:边滴加浓盐酸边蒸发浓缩、冷却结晶、 (填操作名称)、洗涤。
(2)已知H2O2是一种弱酸,在强碱性溶液中主要以HO2-形式存在。目前研究比较热门的Al-H2O2燃料电池,其原理如右图所示,电池总反应如下:2Al+3HO2-=2AlO2-+OH-+H2O
①正极反应式为 。
②Al电极易被NaOH溶液腐蚀,这是该电池目前未能推广使用的
原因之一,电极被腐蚀的离子方程式为 。
(3)钢材镀铝可以防止钢材腐蚀,在镀铝电解池中电解液采用熔融盐(成分NaCl、KCl,电镀时氯元素和铝元素主要以AlCl4-形式存在)。不采用氯化铝溶液的原因是 。
(4)SiO2和NaOH焙烧制备硅酸钠,可采用的装置为 (填代号)。
正确答案
(14分)(1)①2Fe2++ClO-+5H2O=2Fe(OH)3↓+C1-+4H+(2分)
②取少量滤液B,加入KSCN溶液,若不变红,再加入氯水,仍然不变红,说明滤液B中不含铁元素。
(其他合理答案均得分)(2分) ③ c(1分) ④过滤(1分)
(2)①HO2-+2e-+H2O=3OH-(2分) ②2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑(2分)
(3)氯化铝溶液中,H+得电子能力强于Al3+,电镀池中阴极析出氢气(2分) (4)b(2分)
试题分析:(1)①根据方程式可知,铁元素的化合价从+2价升高到+3价,失去1个电子。氯元素的化合价从+1价,降低到-1价,得到2个电子,则根据电子的得失守恒可知,还原剂与氧化剂的物质的量之比是2:1。根据原子守恒与电荷守恒可知,反应前有水参加,反应后有氢离子生成,因此配平后的方程式是2Fe2++ClO-+5H2O=2Fe(OH)3↓+C1-+4H+。
②由于铁离子能和KSCN溶液发生显色反应,可以鉴别铁离子。而亚铁离子检验还原性,能被氯水氧化生成铁离子,据此可以鉴别滤液B是否含有铁元素。即取少量滤液B,加入KSCN溶液,若不变红,再加入氯水,仍然不变红,说明滤液B中不含铁元素。
③滤液B中的铝元素以Al3+的形式存在,要以沉淀形式析出,需要加入碱液。由于氢氧化铝是两性氢氧化物,所以不能选择强碱,最好选择弱碱氨水,答案选c。
④冷却结晶后有晶体析出,因此分离出晶体的实验操作应该是过滤。
(2)①原电池中负极,失去电子,正极得到电子。则根据方程式2Al+3HO2-=2AlO2-+OH-+H2O可知,负极是铝失去电子,正极是HO2-得到电子,所以正极的电极反应式是HO2-+2e-+H2O=3OH-。
②金属铝能被氢氧化钠溶液溶解,生成偏铝酸钠和氢气,反应的离子方程式是2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑。
(3)铝是活泼的金属,金属活动顺序表中位于氢的前面,在氯化铝溶液中,H+得电子能力强于Al3+,电镀池中阴极析出氢气,Al3+不放电,得不到金属铝。
(4)a是蒸发。不能熔融二氧化硅和氢氧化钠,不正确;b是铁坩埚,可以熔融二氧化硅和氢氧化钠,正确;c是试管,不能熔融二氧化硅和氢氧化钠,不正确;d是瓷坩埚,瓷坩埚中含有二氧化硅能和氢氧化钠反应,不能熔融氢氧化钠,不正确,答案选b。
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