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第二单元 从铝土矿到铝合金 一、选择题 1．下列关于金属铝的叙述中，不正确的是( ) A．Al是地壳中含量最多的金属元素，但铝是使用较晚的金属 B．Al是比较活泼的金属，在化学反应中容易失去电子，表现还原性C．Al箔在空气中受热可以熔化，且发生剧烈燃烧 D．Al箔在空气中受热可以熔化，由于氧化膜的存在，熔化的Al并不滴落 解析 Al箔在空气中受热熔化，Al箔呈红热状态，不会剧烈燃烧。 答案 C 2．利用下述操作步骤：①加盐酸溶解 ②加烧碱溶液溶解 ③过滤 ④通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀 ⑤加盐酸生成Al(OH)3沉淀，由含少量铁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝，最恰当的组合是( )。 A．②③④③ B．②③⑤③ C．①③④③ D．②⑤③④ 解析 向含少量铁粉的铝粉中加入过量氢氧化钠溶液，由于铁与氢氧化钠不反应，可以除去铁粉；铝与足量氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，通入过量CO2可使偏铝酸钠转化为氢氧化铝沉淀。 答案 A 3．如图所示是向MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入一定量NaOH溶液，紧接着再加入一定量稀盐酸，生成沉淀的物质的量y与加入溶液的体积x的关系图。根据图示判断，下列结论中不正确的是( )。 A．N点时溶液中的溶质只有NaCl B．M点之前加入的是NaOH溶液，M点之后加入的是盐酸 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，首先发生反应： Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓、Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，至N点时Mg2＋、Al3＋恰好完全沉淀，溶液中的溶质只有NaCl；接着Al(OH)3开始溶解：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O，至x＝6时(M点)Al(OH)3恰好完全溶解，x在6～8之间时沉淀量不变，说明M点时仍在加入NaOH溶液；x＝8时(P点)，又产生沉淀：AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，说明加入的盐酸与NaOH反应后有剩余，至x＝9时(F点)，AlO恰好完全转化为Al(OH)3沉淀，用去盐酸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，则沉淀Mg2＋所消耗的NaOH溶液为2 mL，因此c(MgCl2)∶c(AlCl3)＝1∶1。 答案 B 4．双羟基铝碳酸钠是医疗上常用的一种抑酸剂，其化学式是NaAl(OH)2CO3。关于该物质的说法正确的是 ( )。 A．该物质属于两性氢氧化物 B．该物质是Al(OH)3和Na2CO3的混合物 C．1 mol NaAl(OH)2CO3最多可消耗3 mol H＋ D．该药剂不适合于胃溃疡患者服用 解析 双羟基铝碳酸钠属于盐类，A错误；它是一种化合物，B错误。1 mol NaAl(OH)2CO3最多可消耗4 mol H＋。由于能与胃酸反应放出CO2气体，不适用于胃溃疡患者。 答案 D 5．下列离子方程式表达正确的是( ) A．氯化铝溶液中加入过量氨水：Al3＋＋4NH3·H2O===AlO＋4NH＋2H2O B. "84消毒液"(有效成分NaClO溶液)和"洁厕灵"(浓盐酸)混合放出氯气：ClO－＋Cl－＋H＋===Cl2↑＋OH－ C．硫酸亚铁溶液被空气中氧气氧化：4Fe2＋＋O2＋2H2O===4Fe3＋＋4OH－ D. AlCl3溶液与NaAlO2溶液混合：Al3＋＋3AlO＋6H2O＝4Al(OH)3↓ 解析 Al(OH)3不能溶于过量的氨水，A项错误；B项中Cl2能和OH－反应，二者不可能同时作为一个反应的生成物，B错误；C项忽视了Fe3＋和OH－能结合生成沉淀，二者不可能同时作为一个反应的生成物，C错误。 答案 D 6．工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下： 下列叙述正确的是 ( )。 A．试剂X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸 B．反应①、过滤后所得沉淀为氢氧化铁 C．图中所示转化反应都不是氧化还原反应 D．反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3 解析 由后续流程可知，反应①中试剂X的作用是将铝元素转移到溶液中，从而与Fe2O3分离。由于Al2O3属于两性氧化物，而Fe2O3属于碱性氧化物，所以应选用氢氧化钠溶液溶解Al2O3，A、B均错误；流程最后一步电解Al2O3制取Al时元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，C项错误；由反应①分析，溶液乙的溶质是NaAlO2；反应②的产物是Al(OH)3和NaHCO3，说明通入物质Y是CO2，根据元素守恒，反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，D项正确。 答案 D 7．将由NaOH、BaCl2、Al2(SO4)3三种固体组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，加入稀硫酸的体积与生成沉淀的质量关系如图所示。下列有关判断不正确的是 ( )。 A．AB段发生反应的离子方程式为Ba2＋＋2OH－＋2H＋＋SO===BaSO4↓＋2H2O B．BC段发生反应的离子方程式为H＋＋OH－===H2O C．D点表示的沉淀的化学式为Al(OH)3、BaSO4 D．E点表示的溶液呈中性 解析 CD段发生反应的离子方程式为AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，E点时Al(OH)3恰好完全溶解，此时溶液中有Al3＋，Al3＋水解呈酸性。 答案 D 二、非选择题 8．如图是某同学在实验室中进行铝热反应(铝过量)的实验装置，实验中他观察到的现象之一为"纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中"。 (1)写出该反应的化学方程式：__________________________________ (2)探究铝热反应后固体的性质： 将反应后容器中的固体残余置于烧杯中，加入一定量的稀硝酸，固体完全溶解，反应过程中无气体放出(活泼金属可把稀HNO3还原为NH4NO3)。 在反应后的溶液中缓慢滴加4 mol·L－1的NaOH溶液，产生沉淀的物质的量(mol)与加入NaOH溶液的体积(mL)的关系如图所示： ①写出DE段发生反应的离子方程式：__________________________。 ②B与A的差值为________________________________________________。 答案 (1)2Al＋Fe2O3高温(高温2)Al2O3＋2Fe (2)①NH＋OH－===NH3·H2O ②0.008 9．某实验小组拟探究在含Mg2＋、Al3＋的混合溶液中滴加NaOH溶液时，生成氢氧化物沉淀的过程。 【实验】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，借助于氢离子传感器和相应分析软件，测得溶液的pH随NaOH溶液加入变化情况如图所示。 (1)为精确控制加入NaOH溶液的体积，可将NaOH溶液置于________(填仪器名称)中滴加。 (2)图中有个pH增加缓慢的阶段，第一阶段(a点前)对应的实验现象是________________________________________________________________。 (3)对第二阶段(b、c之间)溶液pH变化缓慢的本质，小组同学做出如下推测，请补充推测2和3： 推测1：生成Mg(OH)2沉淀，消耗OH－ 推测2：______________________________________________________ 推测3：____________________________________________________ 若推测1符合实际情况，则a点之前反应的离子方程式为________________________，请据此描述Mg(OH)2、Al(OH)3两种物质在水溶液中溶解性的差异：_____________________________________________。 (4)请分析f点后溶液中较大量存在的含金属元素的离子并设计实验检验(可不填满) 较大量存在的含金属元素的离子 检验方法 解析 (1)注意"精确"联系到酸碱中和滴定，用碱式滴定管。(3)整个过程3个阶段可以理解成Al3＋沉淀、Mg2＋沉淀、Al(OH)3溶解。若第二阶段为Mg2＋沉淀，则第一阶段为Al3＋沉淀。说明Al3＋先沉淀，即Al(OH)3溶解度小。(4)f点后溶液为NaOH、NaAlO2的混合溶液，溶液中含金属元素的离子为Na＋、AlO。 答案 (1)碱式滴定管 (2)生成白色沉淀并逐渐增多 (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更难溶(或其他合理答案) (4) 较大量存在的含金属元素的离子 检验方法 Na＋ 用洁净的铂丝蘸取溶液置于酒精灯火焰上灼烧，若火焰呈黄色表明存在Na＋ AlO 取少量溶液于试管中，滴加稀盐酸，出现白色沉淀，随盐酸的加入沉淀又溶解 10.明矾石的主要成分是K2SO4·Al2(SO4)3·2Al2O3·6H2O，此外还含有少量Fe2O3杂质。利用明矾石制备氢氧化铝的流程如下： 回答下列问题： (1)焙烧过程中发生的反应为2Al2(SO4)3＋3S高温(高温程)2Al2O3＋9SO2↑，其中氧化剂为________。 (2)"溶解"时反应的离子方程式为_____________________________。 (3)调节pH后过滤、洗涤Al(OH)3沉淀，证明已洗涤干净的实验操作和现象是____________________________________________________________。 (4)调节pH时使用的是质量浓度(单位体积溶液所含溶质的质量)为882 g·L－1的H2SO4，配制1 L该溶液，需用量筒量取质量分数为98%的硫酸(密度是1.8 g·cm－3)________mL。 (5)"废渣""母液"中可回收的物质分别是________、________。 解析 (1)根据化合价分析，Al2(SO4)3中硫元素由＋6价降为＋4价，Al2(SO4)3为氧化剂。(2)"溶解"时与氢氧化钠反应的是氧化铝，反应生成偏铝酸钠和水。(3)洗涤Al(OH)3沉淀时是洗去残留在表面的硫酸钠和硫酸钾溶液，可以取最后的洗涤液用氯化钡或硝酸钡溶液检验是否含有硫酸根的方法进行判断。(4)需要配制的1 L溶液中含溶质硫酸为882 g，根据质量分数和浓硫酸的密度可以求得浓硫酸的体积。(5)要仔细分析各步转化中的化学反应，明矾石脱水后加硫磺焙烧时，硫酸铝被还原而硫酸钾、氧化铁没变，加氢氧化钠溶解时，氧化铝反应掉，硫酸钾也溶解在溶液中，氧化铁就留在废渣中，氢氧化铝沉淀后，母液中是硫酸钾和硫酸钠，所以废渣中可以回收的是氧化铁，母液中可以回收的硫酸钾和硫酸钠。 答案 (1)Al2(SO4)3 (2)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O (3)取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则已洗涤干净 (4)500.0 (5)Fe2O3 K2SO4、Na2SO4 11．铝是现今人类生产生活中使用广泛性仅次于铁的重要金属。工业上常以"铝土矿"为原料来冶炼金属铝。已知：铝土矿的主要成分是Al2O3(其中含有Fe2O3、SiO2等杂质)。为了检测某铝土矿样中Al2O3的含量，进行了如下实验过程： ①取矿样10.0 g加入过量稀盐酸溶解(假定其他未知成分的杂质都不溶于盐酸，也不和盐酸反应)，过滤弃去不溶残渣。 ②将滤液稀释并在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，得到如下图曲线所示的变化关系。请根据有关数据回答下列问题： (1)写出滴加NaOH溶液24 mL至30 mL段发生反应的离子方程式 ________________________________________________________________________。 (2)最后所得不溶于NaOH的沉淀的化学式及其物质的量分别为 ________________________________________________________________________。 (3)该铝土矿样中Al2O3的质量百分含量为________。 (4)工业上制取金属铝的化学原理可表示为：2Al2O3(熔融)电解4Al＋3O2↑。用10.0 t铝土矿提纯所得的Al2O3(提纯过程的损耗不计算)进行电解，理论上最多可制得金属铝________ t，假定Al2O3在熔融状态完全电离为Al3＋和O2－则电解过程的阳极反应式为____________________________。 解析 (1)滴加NaOH溶液24 mL至30 mL段为Al(OH)3的溶解，离子方程式为：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。(2)①中加入过量盐酸过滤后得到的滤液为AlCl3、FeCl3和HCl，不溶残渣为SiO2，②中滴加NaOH溶液至过量得到的沉淀为Fe(OH)3，溶液中含有NaAlO2和NaCl。根据24 mL～30 mL段，知n(Al3＋)＝n[Al(OH)3]＝2.0 mol/L×0.006 L＝0.012 mol，根据Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓、Al3＋＋3OH－ ===Al(OH)3↓，则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矿样中n(Al2O3)＝0.012 mol××10＝0.06 mol，故Al2O3的质量百分含量为×100%＝61.2%。(4)根据Al2O3～2Al，用10.0 t铝土矿提纯并电解，制得金属铝的质量为10.0 t×61.2%×＝3.24 t。电解熔融Al2O3时阳极为O2－放电，电极反应式为：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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