- 氢氧化铝的应用
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(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,你认为合理的是 。上述实验方案多处采用了过滤操作,过滤所用到的玻璃仪器有 和玻璃棒;其中玻璃棒的作用是 。
(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④制取胆矾,必须进行的实验操作步骤:加硫酸、加热通氧气、过滤、 、冷却结晶、 、自然干燥。其中“加热通氧气”所起的作用为 (用离子方程式表示)。
(5)测定所得胆矾(CuSO4·xH2O)中x值的实验方案是蒸发硫酸铜晶体中的水得到白色的无水硫酸铜,冷却后称量。此变化的化学方程式为:CuSO4·xH2O===C
uSO4+xH2O ,但温度过高,CuSO4会继续分解为CuO和SO3。在此实验过程中,称量操作至少进行 次。若测定结果x值偏高,可能的原因是 。
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); 烧杯、漏斗(2分); 引流(1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
铝是一种应用广泛的金属,工业上用和冰晶石(
)混合熔融电解制得。
①铝土矿的主要成分是和
等。从铝土矿中提炼
的流程如下:
②以萤石()和纯碱为原料制备冰晶石的流程如下:
回答下列问题:
(1)写出反应1的化学方程式_________________________、________________________________;
(2)滤液Ⅰ中加入生成的沉淀是___________,反应2的离子方程式为____ ___________________
(3)E常用作制作豆腐的添加剂,化合物C是____,写出由D制备冰晶石的化学方程式_______________;
正确答案
(1)2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O 2NaOH+Al2O3=2NaAlO2+H2O
(2)CaSiO3(2分) 2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-(2分)
(3)浓H2SO4(1分) 12HF+3Na2CO3+2Al(OH)3=2Na3AlF6+3CO2+9H2O(2分)
试题分析:由铝土矿的成分及流程图分析知,第一步发生的反应为氧化铝、二氧化硅和氢氧化钠溶液反应,2NaOH+Al2O3=2NaAlO2+H2O;2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O,滤渣成分为二氧化硅,滤液I的主要成分是NaAlO2和Na2SiO3,加入生石灰发生的反应:CaO+H2O=Ca(OH)2和Ca(OH)2 +Na2SiO3=CaSiO3+ 2NaOH,即沉淀为CaSiO3。滤液II的主要成分是NaAlO2,通入的气体A是CO2,发生反应的方程式为2NaAlO2+CO2+3H2O=2A l ( O H )3↓+Na2CO3;物质B为氢氧化铝,煅烧的氧化铝。由上述分析知,(1)反应1的化学方程式为2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O,2NaOH+Al2O3=2NaAlO2+H2O;(2)滤液I的主要成分是NaAlO2和Na2SiO3,加入生石灰发生的反应:CaO+H2O=Ca(OH)2和Ca(OH)2 +Na2SiO3=CaSiO3+ 2NaOH,即沉淀为CaSiO3。滤液II的主要成分是NaAlO2,通入的气体A是CO2,发生反应的方程式为2NaAlO2+CO2+3H2O=2A l ( O H )3↓+Na2CO3;(3)根据E常用作制作豆腐的添加剂,为硫酸钙,加入C能和CaF2 发生反应生成硫酸钙,可知C是浓硫酸,反应的方程式为CaF2+H2SO4(浓)CaSO4+2HF;气体D为氟化氢,根据题给信息写出方程式为12HF+3Na2CO3+2Al(OH)3=2Na3AlF6+3CO2+9H2O。
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) 4 Al+3O2↑
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。
某工厂的废金属屑的主要成分为Cu、Fe和Al,此外还含有少量Al2O3和Fe2O3,该厂用上述废金属屑制取新型高效水处理剂Na2FeO4(高铁酸钠)等产品,过程如下:
Ⅰ.向废金属屑中加入过量的NaOH溶液,充分反应后过滤;
Ⅱ.向Ⅰ所得固体中加入过量稀H2SO4,充分反应后过滤;
Ⅲ.向Ⅱ所得固体中继续加入热的稀H2SO4,同时不断鼓入空气,固体溶解得CuSO4溶液;
Ⅳ.……
(1)步骤Ⅰ中发生反应的化学方程式为___________、______________。
(2)步骤Ⅱ所得的滤液中加入KSCN溶液无明显现象,表明滤液中不存在Fe3+,用离子方程式解释其可能的原因:__________。
(3)步骤Ⅲ获得CuSO4溶液的离子方程式为____________。
(4)步骤Ⅱ所得滤液经进一步处理可制得Na2FeO4,流程如下:
ⅰ.H2O2ⅱ.调pHNaClO/NaOH混合溶液
①测得滤液中c(Fe2+)为a mol·L-1,若要处理1 m3滤液,理论上需要消耗25%的H2O2溶液________kg(用含a的代数式表示)。
②写出由Fe(OH)3制取Na2FeO4的化学方程式:_____________。
正确答案
(1)2Al+2H2O+2NaOH===2NaAlO2+3H2↑ Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O
(2)2Fe3++Fe===3Fe2+(或2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+或Fe+Fe2O3+6H+===3Fe2++3H2O等)
(3)2Cu+O2+4H+2Cu2++2H2O
(4)①68a ②2Fe(OH)3+3NaClO+4NaOH===2Na2FeO4+3NaCl+5H2O
本题考查了Cu、Fe、Al及其化合物的性质以及氧化还原反应、化学计算等,意在考查考生运用所学知识综合分析问题的能力。(1) Al和Al2O3均与NaOH溶液发生反应。(2)Ⅰ所得固体混合物中含有的单质铁和铜均可将Fe3+还原为Fe2+。(4)①H2O2在酸性条件下可将Fe2+氧化为Fe3+,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2H2O+2Fe3+,n(H2O2)=n(Fe2+)=×1000a mol=500a mol,m(H2O2)=500a mol×34 g·mol-1=17000a g,故需25%的H2O2溶液的质量为
=68000a g=68a Kg。②根据化合价变化及氧化还原反应规律可知Fe(OH)3被氧化,而NaClO被还原为NaCl,然后根据得失电子守恒、原子守恒配平方程式即可。
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