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第二單元 從鋁土礦到鋁合金 一、選擇題 1．下列關(guān)于金屬鋁的敘述中，不正確的是( ) A．Al是地殼中含量最多的金屬元素，但鋁是使用較晚的金屬 B．Al是比較活潑的金屬，在化學(xué)反應(yīng)中容易失去電子，表現(xiàn)還原性C．Al箔在空氣中受熱可以熔化，且發(fā)生劇烈燃燒 D．Al箔在空氣中受熱可以熔化，由于氧化膜的存在，熔化的Al并不滴落 解析 Al箔在空氣中受熱熔化，Al箔呈紅熱狀態(tài)，不會(huì)劇烈燃燒。 答案 C 2．利用下述操作步驟：①加鹽酸溶解 ②加燒堿溶液溶解?、圻^濾?、芡ㄈ脒^量CO2生成Al(OH)3沉淀 ⑤加鹽酸生成Al(OH)3沉淀，由含少量鐵粉的鋁粉制取純凈的氫氧化鋁，最恰當(dāng)?shù)慕M合是( )。 A．②③④③ B．②③⑤③ C．①③④③ D．②⑤③④ 解析 向含少量鐵粉的鋁粉中加入過量氫氧化鈉溶液，由于鐵與氫氧化鈉不反應(yīng)，可以除去鐵粉；鋁與足量氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，通入過量CO2可使偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀。 答案 A 3．如圖所示是向MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入一定量NaOH溶液，緊接著再加入一定量稀鹽酸，生成沉淀的物質(zhì)的量y與加入溶液的體積x的關(guān)系圖。根據(jù)圖示判斷，下列結(jié)論中不正確的是( )。 A．N點(diǎn)時(shí)溶液中的溶質(zhì)只有NaCl B．M點(diǎn)之前加入的是NaOH溶液，M點(diǎn)之后加入的是鹽酸 C．c(NaOH)＝c(HCl) D．原混合溶液中c(MgCl2)∶c(AlCl3)＝1∶1 解析 在MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入NaOH溶液，首先發(fā)生反應(yīng)： Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓、Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，至N點(diǎn)時(shí)Mg2＋、Al3＋恰好完全沉淀，溶液中的溶質(zhì)只有NaCl；接著Al(OH)3開始溶解：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O，至x＝6時(shí)(M點(diǎn))Al(OH)3恰好完全溶解，x在6～8之間時(shí)沉淀量不變，說明M點(diǎn)時(shí)仍在加入NaOH溶液；x＝8時(shí)(P點(diǎn))，又產(chǎn)生沉淀：AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，說明加入的鹽酸與NaOH反應(yīng)后有剩余，至x＝9時(shí)(F點(diǎn))，AlO恰好完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀，用去鹽酸1 mL，又知在NM段，溶解Al(OH)3需要1 mL NaOH溶液，故c(NaOH)＝c(HCl)；那么沉淀Al3＋需要消耗3 mL NaOH溶液，則沉淀Mg2＋所消耗的NaOH溶液為2 mL，因此c(MgCl2)∶c(AlCl3)＝1∶1。 答案 B 4．雙羥基鋁碳酸鈉是醫(yī)療上常用的一種抑酸劑，其化學(xué)式是NaAl(OH)2CO3。關(guān)于該物質(zhì)的說法正確的是 ( )。 A．該物質(zhì)屬于兩性氫氧化物 B．該物質(zhì)是Al(OH)3和Na2CO3的混合物 C．1 mol NaAl(OH)2CO3最多可消耗3 mol H＋ D．該藥劑不適合于胃潰瘍患者服用 解析 雙羥基鋁碳酸鈉屬于鹽類，A錯(cuò)誤；它是一種化合物，B錯(cuò)誤。1 mol NaAl(OH)2CO3最多可消耗4 mol H＋。由于能與胃酸反應(yīng)放出CO2氣體，不適用于胃潰瘍患者。 答案 D 5．下列離子方程式表達(dá)正確的是( ) A．氯化鋁溶液中加入過量氨水：Al3＋＋4NH3·H2O===AlO＋4NH＋2H2O B. "84消毒液"(有效成分NaClO溶液)和"潔廁靈"(濃鹽酸)混合放出氯氣：ClO－＋Cl－＋H＋===Cl2↑＋OH－ C．硫酸亞鐵溶液被空氣中氧氣氧化：4Fe2＋＋O2＋2H2O===4Fe3＋＋4OH－ D. AlCl3溶液與NaAlO2溶液混合：Al3＋＋3AlO＋6H2O＝4Al(OH)3↓ 解析 Al(OH)3不能溶于過量的氨水，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B項(xiàng)中Cl2能和OH－反應(yīng)，二者不可能同時(shí)作為一個(gè)反應(yīng)的生成物，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)忽視了Fe3＋和OH－能結(jié)合生成沉淀，二者不可能同時(shí)作為一個(gè)反應(yīng)的生成物，C錯(cuò)誤。 答案 D 6．工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，含F(xiàn)e2O3雜質(zhì))為原料冶煉鋁的工藝流程如下： 下列敘述正確的是 ( )。 A．試劑X可以是氫氧化鈉溶液，也可以是鹽酸 B．反應(yīng)①、過濾后所得沉淀為氫氧化鐵 C．圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都不是氧化還原反應(yīng) D．反應(yīng)②的化學(xué)方程式為NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3 解析 由后續(xù)流程可知，反應(yīng)①中試劑X的作用是將鋁元素轉(zhuǎn)移到溶液中，從而與Fe2O3分離。由于Al2O3屬于兩性氧化物，而Fe2O3屬于堿性氧化物，所以應(yīng)選用氫氧化鈉溶液溶解Al2O3，A、B均錯(cuò)誤；流程最后一步電解Al2O3制取Al時(shí)元素化合價(jià)發(fā)生變化，屬于氧化還原反應(yīng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由反應(yīng)①分析，溶液乙的溶質(zhì)是NaAlO2；反應(yīng)②的產(chǎn)物是Al(OH)3和NaHCO3，說明通入物質(zhì)Y是CO2，根據(jù)元素守恒，反應(yīng)②的化學(xué)方程式為NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，D項(xiàng)正確。 答案 D 7．將由NaOH、BaCl2、Al2(SO4)3三種固體組成的混合物溶于足量的水中，充分溶解，向混合物溶液中滴加1 mol·L－1的稀硫酸，加入稀硫酸的體積與生成沉淀的質(zhì)量關(guān)系如圖所示。下列有關(guān)判斷不正確的是 ( )。 A．AB段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Ba2＋＋2OH－＋2H＋＋SO===BaSO4↓＋2H2O B．BC段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為H＋＋OH－===H2O C．D點(diǎn)表示的沉淀的化學(xué)式為Al(OH)3、BaSO4 D．E點(diǎn)表示的溶液呈中性 解析 CD段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，E點(diǎn)時(shí)Al(OH)3恰好完全溶解，此時(shí)溶液中有Al3＋，Al3＋水解呈酸性。 答案 D 二、非選擇題 8．如圖是某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行鋁熱反應(yīng)(鋁過量)的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)中他觀察到的現(xiàn)象之一為"紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中"。 (1)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________________________ (2)探究鋁熱反應(yīng)后固體的性質(zhì)： 將反應(yīng)后容器中的固體殘余置于燒杯中，加入一定量的稀硝酸，固體完全溶解，反應(yīng)過程中無氣體放出(活潑金屬可把稀HNO3還原為NH4NO3)。 在反應(yīng)后的溶液中緩慢滴加4 mol·L－1的NaOH溶液，產(chǎn)生沉淀的物質(zhì)的量(mol)與加入NaOH溶液的體積(mL)的關(guān)系如圖所示： ①寫出DE段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：__________________________。 ②B與A的差值為________________________________________________。 答案 (1)2Al＋Fe2O3高溫(高溫2)Al2O3＋2Fe (2)①NH＋OH－===NH3·H2O ②0.008 9．某實(shí)驗(yàn)小組擬探究在含Mg2＋、Al3＋的混合溶液中滴加NaOH溶液時(shí)，生成氫氧化物沉淀的過程。 【實(shí)驗(yàn)】在0.10 mol·L－1 MgSO4、0.05 mol·L－1 Al2(SO4)3的混合溶液中加0.05 mol·L－1 NaOH溶液，借助于氫離子傳感器和相應(yīng)分析軟件，測(cè)得溶液的pH隨NaOH溶液加入變化情況如圖所示。 (1)為精確控制加入NaOH溶液的體積，可將NaOH溶液置于________(填儀器名稱)中滴加。 (2)圖中有個(gè)pH增加緩慢的階段，第一階段(a點(diǎn)前)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是________________________________________________________________。 (3)對(duì)第二階段(b、c之間)溶液pH變化緩慢的本質(zhì)，小組同學(xué)做出如下推測(cè)，請(qǐng)補(bǔ)充推測(cè)2和3： 推測(cè)1：生成Mg(OH)2沉淀，消耗OH－ 推測(cè)2：______________________________________________________ 推測(cè)3：____________________________________________________ 若推測(cè)1符合實(shí)際情況，則a點(diǎn)之前反應(yīng)的離子方程式為________________________，請(qǐng)據(jù)此描述Mg(OH)2、Al(OH)3兩種物質(zhì)在水溶液中溶解性的差異：_____________________________________________。 (4)請(qǐng)分析f點(diǎn)后溶液中較大量存在的含金屬元素的離子并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)(可不填滿) 較大量存在的含金屬元素的離子 檢驗(yàn)方法 解析 (1)注意"精確"聯(lián)系到酸堿中和滴定，用堿式滴定管。(3)整個(gè)過程3個(gè)階段可以理解成Al3＋沉淀、Mg2＋沉淀、Al(OH)3溶解。若第二階段為Mg2＋沉淀，則第一階段為Al3＋沉淀。說明Al3＋先沉淀，即Al(OH)3溶解度小。(4)f點(diǎn)后溶液為NaOH、NaAlO2的混合溶液，溶液中含金屬元素的離子為Na＋、AlO。 答案 (1)堿式滴定管 (2)生成白色沉淀并逐漸增多 (3)生成Al(OH)3沉淀，消耗OH－ Al(OH)3沉淀溶解，消耗OH－ Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓ Al(OH)3比Mg(OH)2更難溶(或其他合理答案) (4) 較大量存在的含金屬元素的離子 檢驗(yàn)方法 Na＋ 用潔凈的鉑絲蘸取溶液置于酒精燈火焰上灼燒，若火焰呈黃色表明存在Na＋ AlO 取少量溶液于試管中，滴加稀鹽酸，出現(xiàn)白色沉淀，隨鹽酸的加入沉淀又溶解 10.明礬石的主要成分是K2SO4·Al2(SO4)3·2Al2O3·6H2O，此外還含有少量Fe2O3雜質(zhì)。利用明礬石制備氫氧化鋁的流程如下： 回答下列問題： (1)焙燒過程中發(fā)生的反應(yīng)為2Al2(SO4)3＋3S高溫(高溫程)2Al2O3＋9SO2↑，其中氧化劑為________。 (2)"溶解"時(shí)反應(yīng)的離子方程式為_____________________________。 (3)調(diào)節(jié)pH后過濾、洗滌Al(OH)3沉淀，證明已洗滌干凈的實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象是____________________________________________________________。 (4)調(diào)節(jié)pH時(shí)使用的是質(zhì)量濃度(單位體積溶液所含溶質(zhì)的質(zhì)量)為882 g·L－1的H2SO4，配制1 L該溶液，需用量筒量取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硫酸(密度是1.8 g·cm－3)________mL。 (5)"廢渣""母液"中可回收的物質(zhì)分別是________、________。 解析 (1)根據(jù)化合價(jià)分析，Al2(SO4)3中硫元素由＋6價(jià)降為＋4價(jià)，Al2(SO4)3為氧化劑。(2)"溶解"時(shí)與氫氧化鈉反應(yīng)的是氧化鋁，反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水。(3)洗滌Al(OH)3沉淀時(shí)是洗去殘留在表面的硫酸鈉和硫酸鉀溶液，可以取最后的洗滌液用氯化鋇或硝酸鋇溶液檢驗(yàn)是否含有硫酸根的方法進(jìn)行判斷。(4)需要配制的1 L溶液中含溶質(zhì)硫酸為882 g，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和濃硫酸的密度可以求得濃硫酸的體積。(5)要仔細(xì)分析各步轉(zhuǎn)化中的化學(xué)反應(yīng)，明礬石脫水后加硫磺焙燒時(shí)，硫酸鋁被還原而硫酸鉀、氧化鐵沒變，加氫氧化鈉溶解時(shí)，氧化鋁反應(yīng)掉，硫酸鉀也溶解在溶液中，氧化鐵就留在廢渣中，氫氧化鋁沉淀后，母液中是硫酸鉀和硫酸鈉，所以廢渣中可以回收的是氧化鐵，母液中可以回收的硫酸鉀和硫酸鈉。 答案 (1)Al2(SO4)3 (2)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O (3)取最后一次洗滌液于試管中，滴加BaCl2溶液，若無白色沉淀生成，則已洗滌干凈 (4)500.0 (5)Fe2O3 K2SO4、Na2SO4 11．鋁是現(xiàn)今人類生產(chǎn)生活中使用廣泛性僅次于鐵的重要金屬。工業(yè)上常以"鋁土礦"為原料來冶煉金屬鋁。已知：鋁土礦的主要成分是Al2O3(其中含有Fe2O3、SiO2等雜質(zhì))。為了檢測(cè)某鋁土礦樣中Al2O3的含量，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)過程： ①取礦樣10.0 g加入過量稀鹽酸溶解(假定其他未知成分的雜質(zhì)都不溶于鹽酸，也不和鹽酸反應(yīng))，過濾棄去不溶殘?jiān)? ②將濾液稀釋并在250 mL容量瓶中定容后，取25.0 mL逐滴滴加2.0 mol·L－1的NaOH溶液，得到如下圖曲線所示的變化關(guān)系。請(qǐng)根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)回答下列問題： (1)寫出滴加NaOH溶液24 mL至30 mL段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式 ________________________________________________________________________。 (2)最后所得不溶于NaOH的沉淀的化學(xué)式及其物質(zhì)的量分別為 ________________________________________________________________________。 (3)該鋁土礦樣中Al2O3的質(zhì)量百分含量為________。 (4)工業(yè)上制取金屬鋁的化學(xué)原理可表示為：2Al2O3(熔融)電解4Al＋3O2↑。用10.0 t鋁土礦提純所得的Al2O3(提純過程的損耗不計(jì)算)進(jìn)行電解，理論上最多可制得金屬鋁________ t，假定Al2O3在熔融狀態(tài)完全電離為Al3＋和O2－則電解過程的陽極反應(yīng)式為____________________________。 解析 (1)滴加NaOH溶液24 mL至30 mL段為Al(OH)3的溶解，離子方程式為：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。(2)①中加入過量鹽酸過濾后得到的濾液為AlCl3、FeCl3和HCl，不溶殘?jiān)鼮镾iO2，②中滴加NaOH溶液至過量得到的沉淀為Fe(OH)3，溶液中含有NaAlO2和NaCl。根據(jù)24 mL～30 mL段，知n(Al3＋)＝n[Al(OH)3]＝2.0 mol/L×0.006 L＝0.012 mol，根據(jù)Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓、Al3＋＋3OH－ ===Al(OH)3↓，則3n(Al3＋)＋3n(Fe3＋)＝(24－3)×10－3L×2.0 mol/L故n(Fe3＋)＝(0.042－0.012×3)× mol＝0.002 mol，故n[Fe(OH)3]＝0.002 mol。 (3)10.0 g礦樣中n(Al2O3)＝0.012 mol××10＝0.06 mol，故Al2O3的質(zhì)量百分含量為×100%＝61.2%。(4)根據(jù)Al2O3～2Al，用10.0 t鋁土礦提純并電解，制得金屬鋁的質(zhì)量為10.0 t×61.2%×＝3.24 t。電解熔融Al2O3時(shí)陽極為O2－放電，電極反應(yīng)式為：2O2－－4e－===O2↑。 答案 (1)Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O (2)Fe(OH)3、2.00×10－3 mol (3)61.2% (4)3.24 2O2－－4e－===O2↑ 1 |
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