- 氢氧化铝的化学性质
- 共1387题
Ⅰ、物质的分离和提纯有多种方法。物质分离、提纯方案的设计在科学研究和工业生产中占有十分重要的地位。工业上冶炼铝的原料是铝土矿(主要成分是Al2O3,杂质为Fe2O3、SiO2等,已知SiO2是不溶于水的酸性氧化物,Fe2O3是不溶于水的碱性氧化物)。某研究小组设计的提纯Al2O3的方案如下:
(1)写出沉淀A的化学式:___________________________________________________。
(2)加入过量的NaOH溶液,过滤后的滤液中含有的溶质有________________________。
(3)写出由沉淀A—→Al2O3的化学方程式:________________________,通入过量CO2生成沉淀A时反应的离子方程式为_______________________________________________。
Ⅱ、按照要求回答下列问题:
A、B、C、D、E是常见化合物或单质,有如下转化关系 (略去条件和副产品)。
(1)若A为黄绿色气体单质,D、E为生活中常见的两种金属,其中E是一种红色光亮的物质。
① 写出向B的溶液中加入足量D的离子反应方程式_____________________________________。
②向①所得的溶液中加入NaOH溶液,并在空气中放置的现象是:_________________________,写出固体在空气中放置的化学反应方程式:__________________________________________。
正确答案
(1)Al(OH)3
(2)NaOH NaAlO2 NaCl
(3)2Al(OH)3Al2O3+3H2O AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-
Ⅱ(1)①Fe+2Fe3+=3Fe2+
②生成白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色。
4Fe(OH)2+O2+2H2O = 4Fe(OH)3(没写 NaOH与 FeCl2反应不扣分)
试题分析:Ⅰ(1)偏铝酸钠和过量的二氧化碳生成氢氧化铝和碳酸钠;
(2)前边有盐酸,这里因为氢氧化钠过量,所以有氢氧化钠、氯化钠、偏铝酸钠;
(3)氢氧化铝加热分解成氧化铝和水;
Ⅱ(1)①根据题意可知A为氯气,D为铁,铁能把三价铁离子还原为二价;
②氢氧化亚铁在空气中和氧气、水接触容易氧化为氢氧化铁。
有一无色透明溶液,可能含Al3+、Fe3+、Mg2+、Na+、CO32-、Cl-、NO3-等离子中的若干种。现做如下实验:
一、取少量该溶液,滴入用硝酸酸化的AgNO 3溶液,有白色沉淀生成。
二、另取部分溶液,加入氢氧化钠,有白色沉淀产生,加入氢氧化钠的量与生成白色沉淀的量可用下图表示。
试推断:
(1)该溶液中一定存在__________ ____,一定不存在________________。
(2)由图可知白色沉淀共有__________种,分别是__________________(填化学式),其物质的量比为 。
(3) 写出图中ab变化过程的离子方程式 。
正确答案
(1)Al3+、Mg2+、Cl- ; Fe3+、CO32-
(2)2; Al(OH)3、Mg(OH)2 ; 1:1
(3)Al(OH)3+ OH-AlO2-+ 2H2O
试题分析:由于溶液是无色透明的,所以,首先排除Fe3+的存在,因为Fe3+的溶液呈棕黄色。取少量该溶液,滴入用硝酸酸化的AgNO 3溶液,有白色沉淀生成,说明该溶液中一定存在Cl-,因为只有AgCl白色溶液是不溶于稀HNO3的。另取部分溶液,加入氢氧化钠溶液,现象为先有沉淀,后沉淀消失,说明原溶液中一定存在Al3+、Mg2+,同时排除了CO32-的存在,因为Al3+、Mg2+与CO32--会反应,不能大量共存。而Na+与NO3-存不存在都对整个现象无影响。当沉淀的量达到最高时,再加入氢氧化钠溶液,沉淀部分消失,其原因是生成的氢氧化铝沉淀是两性氢氧化物,能与氢氧化钠溶液继续反应生成偏铝酸钠和水,而氢氧化镁沉淀则不能与氢氧化钠溶液反应。
硝酸铝广泛用于有机合成、印染工业等。工业上以铝灰为原料(主要成分为Al,含少量Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO、MgO等)制备硝酸铝的工艺流程如下:
已知:Al(OH)3沉淀和溶解的pH如下表:
回答下列问题:
(1)碱溶时,发生主反应的离子方程式为________________________________。
(2)工艺流程中第一次加入硝酸调pH=7.0的目的是__________________________________________________________。
pH=7.0时,溶液中c(Al3+)=________(通常条件下,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33)。
(3)若忽略杂质跟酸、碱的反应,则在碱溶、调pH=7.0、酸溶过程中,理论上消耗碱、酸的物质的量之比n1(NaOH)∶n2(HNO3)∶n3(HNO3)=________。
(4)现用1 t铝灰制硝酸铝晶体[Al(NO3)3·9H2O],最后生产出7.5 t硝酸铝晶体,若生产过程中铝元素的损失率为10%,计算铝灰中铝元素的质量分数。
正确答案
(1)2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑
(2)使Al(OH)3沉淀完全 1.3×10-12 mol·L-1
(3)1∶1∶3
(4)60%
(1)注意铝灰的主要成分为Al,主要反应是铝与碱的反应。(2)结合流程图可知,调节pH=7.0时,过滤得到的沉淀再加HNO3,得硝酸铝,可知沉淀为Al(OH)3。c(Al3+)==1.3×10-12 mol·L-1。(3)碱溶、调pH=7.0、酸溶的反应分别为:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑、AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓、Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O,得n1(NaOH)∶n2(HNO3)∶n3(HNO3)=1∶1∶3。
(4)设铝元素的质量分数为x
Al ~ Al(NO3)3·9H2O
27 375
1 t×(1-10%)×x 7.5 t
=
解得:x=0.6(或60%)
A、B、C、D、E是中学阶段常见的5种化合物,A、B是氧化物,元素X、Y的单质是生活中常见的金属,相关物质间的转化关系如图所示:
(1)X的单质与A反应的化学方程式是_______________________________。
(2)若试剂1是NaOH溶液,则X的单质与试剂1反应的离子方程式是
___________________________________
(3)若试剂1和试剂2均是稀硫酸。
①检验物质D的溶液中金属离子的方法是___________________________________。
②将物质C溶于水,其溶液呈酸性,原因是(用离子方程式表示)
________________________________________________。
③某高效净水剂是由Y(OH)SO4聚合得到的,工业上以E、稀硫酸和亚硝酸钠为原料制备Y(OH)SO4,反应中有NO生成,该反应的化学方程式是_____________________。
正确答案
(1)Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3
(2)2Al+2OH-+2H2O=2AlO2—+3H2↑
(3)①取少量D的溶液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,溶液呈血红色,证明有Fe3+
②Al3++3H2OAl(OH)3+3H+
③2FeSO4+2NaNO2+H2SO4=2Fe(OH)SO4+Na2SO4+2NO↑
A、B是氧化物,元素X、Y的单质是生活中常见的金属,结合图可知A是Fe2O3,X的单质是Al,B是Al2O3,Y的单质是Fe。若试剂1是NaOH溶液,则C为NaAlO2。若试剂1和试剂2均是稀硫酸,则D的溶液中含Fe3+,可用KSCN溶液检验,C的溶液中含Al3+,易水解,E为FeSO4。
二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:
甲醇合成反应:
(ⅰ)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH1=-90.1 kJ·mol-1
(ⅱ)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.0 kJ·mol-1
水煤气变换反应:
(ⅲ)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.1 kJ·mol-1
二甲醚合成反应:
(ⅳ)2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=-24.5 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是____________________________________________(以化学方程式表示)。
(2)分析二甲醚合成反应(ⅳ)对于CO转化率的影响
________________________________________________________________________。
(3)有研究者在催化剂(含CuZnAlO和Al2O3)、压强为5.0 MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚,结果如图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是_________________________________________________。
(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg-1)。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为__________
_____________________,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生________________个电子的电量;该电池的理论输出电压为1.20 V,能量密度E=_______________(列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量,1 kW·h=3.6×106 J)。
正确答案
(1)Al2O3(铝土矿)+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4、NaAl(OH)4+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3、2Al(OH)3Al2O3+3H2O (2)消耗甲醇,促进甲醇合成反应(ⅰ)平衡右移,CO转化率增大;生成的H2O,通过水煤气变换反应(ⅲ)消耗部分CO (3)反应放热,温度升高,平衡左移
(4)CH3OCH3+3H2O=2CO2+12H++12e- 12
÷(3.6×106J·kW-1·h-1)=8.39 kW·h·kg-1
本题考查了物质的工业制备原理、热化学及电化学知识,意在考查考生综合分析问题和解决问题的能力。(1)工业上用铝土矿制备较高纯度Al2O3的方法是先用NaOH溶解铝土矿得到NaAl(OH)4(或NaAlO2)溶液,然后再向溶液中通入过量CO2得到Al(OH)3沉淀,最后加热Al(OH)3即可得到Al2O3。(2)与CO转化有关的反应有反应(ⅰ)、反应(ⅲ),这两个反应中的甲醇、H2O又出现在反应(ⅳ)中,故当反应(ⅳ)消耗甲醇时,有利于反应(ⅰ)向右进行,提高CO转化率;当反应(ⅳ)中生成较多的水时,能促使反应(ⅲ)向右进行,提高CO转化率。(3)由于CO与H2直接制备二甲醚的反应是一个放热反应,因此温度升高,反应向逆反应方向移动,从而使CO的转化率降低。(4)放电时,二甲醚中的碳元素转化为CO2,先写出CH3OCH3-12e-―→2CO2,再结合电荷守恒、质量守恒配平后得:CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+。由能量密度单位知,能量密度是指1 kg物质在反应中所能提供的电量,故有1 kg二甲醚物质的量为1 000/46 mol,它共失去的电子为12×1 000/46 mol,故其能量密度为1.20 V×12××96 500 C·mol-1÷(3.6×106J·kW-1·h-1)÷1 kg=8.39 kW·h·kg-1。
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