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专题三基础课时22讲解
基础课时2 从铝土矿到铝合金
一、单项选择题
1.铝是一种低毒金属元素,它并非人体需要的微量元素,食用后不会导致急性中毒,但食品中铝的含量超过国家标准就会对人体造成危害。
下列关于铝元素的说法正确的是( )
A.铝在空气中不易氧化是因为其性质不活泼
B.氢氧化铝可与胃酸反应,常用作中和胃酸的药物
C.明矾可用于饮用水的杀菌消毒
D.硫酸铝铵常用作面粉膨化剂,该物质不溶于水
解析 A项中铝在空气中会与O2反应生成致密的氧化物薄膜;C项中明矾溶于水生成氢氧化铝胶体,具有吸附色素和杂质的性质,通常用作净水剂,但不能用于杀菌消毒;D项中铵盐都溶于水。
答案 B
2.镁、铝单质的化学性质以相似为主,但也存在某些重大差异性,下列物质能用于证明二者存在较大差异性的是( )
①CO2 ②盐酸 ③NaOH溶液 ④水
A.①④B.②③C.①③D.②③④
解析 Al能与NaOH溶液反应而Mg不能;Mg能在CO2中燃烧,而Al不能。
答案 C
3.将表面已完全钝化的铝条,插入下列溶液中,不会发生反应的是( )
A.稀硝酸B.稀盐酸C.硝酸铜D.氢氧化钠
解析 钝化的实质是Fe、Al在浓H2SO4或浓HNO3作用下其表面被氧化成一层致密的氧化物保护膜。
由于铝的氧化物Al2O3是一种两性氧化物,既可与强酸反应,又可与强碱反应,故A、B、D三项皆不符合题意,只有C选项中的Cu(NO3)2不与Al2O3反应,故不可能与钝化的铝条发生反应。
答案 C
4.下列物质既能跟盐酸反应,又能跟NaOH溶液反应的是( )
①SiO2 ②Al ③Al2O3 ④Al(OH)3 ⑤Na2CO3溶液
⑥Ca(HCO3)2溶液 ⑦NH4HCO3溶液 ⑧KHSO4溶液
A.④⑥⑦⑧B.②③④⑥⑦C.①②③④⑦D.②③④⑤⑧
解析 SiO2与盐酸不反应;Al与盐酸、NaOH溶液反应均生成氢气;Al2O3为两性氧化物,Al(OH)3为两性氢氧化物,两者均能与盐酸、NaOH溶液反应;碳酸钠溶液与盐酸反应,与NaOH溶液不反应;Ca(HCO3)2溶液与盐酸、NaOH溶液均能反应;NH4HCO3溶液与盐酸、NaOH溶液均能反应;KHSO4溶液与盐酸不反应,因此B.②③④⑥⑦属于合理选项。
答案 B
5.某烧杯中盛有含0.2molNH4Al(SO4)2的溶液,向其中缓缓加入4mol·L-1的NaOH溶液200mL,使其充分反应,此时烧杯中铝元素的存在形式为( )
A.Al3+和Al(OH)3B.AlO
C.AlO
和Al(OH)3D.Al(OH)3
解析 n(Al3+)=0.2mol,n(NH
)=0.2mol,n(OH-)=0.8mol,根据反应顺序,反应后,恰好生成0.2mol的Al(OH)3和0.2mol的NH3·H2O。
答案 D
6.下列图像均为实验过程中产生沉淀的物质的量(Y)与加入试剂的量(X)之间的关系图,则其中正确的是( )
A.向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量且边滴边振荡
B.向NaAlO2溶液中逐滴滴加稀盐酸至过量且边滴边振荡
C.向NH4Al(SO4)2溶液中逐滴加入氢氧化钠溶液直至过量
D.向NaOH、Ba(OH)2、NaAlO2的混合溶液中逐渐通入二氧化碳至过量
解析 A项,生成沉淀与溶解沉淀消耗NaOH的量之比应为3∶1;B项,滴入HCl即可产生沉淀,且最终沉淀全部溶解,生成沉淀与溶解沉淀消耗盐酸的量之比为1∶3;C项,滴加NaOH溶液,依次与溶液中Al3+、NH
、Al(OH)3反应,沉淀生成、溶解以及NH
完全反应时消耗NaOH的量之比为3∶1∶1;D项,依次发生的反应:
与Ba(OH)2反应生成BaCO3、与NaOH反应无沉淀生成、与NaAlO2反应生成Al(OH)3沉淀,最后与BaCO3反应沉淀溶解,即最终溶液中沉淀只有Al(OH)3。
答案 C
7.铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅,工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝:
下列说法中错误的是( )
A.①②中除加试剂外,还需要进行过滤操作
B.a、b中铝元素的化合价相同
C.③中需要通入过量的氨气
D.④进行的操作是加热,而且d一定是氧化铝
解析 反应①后的体系中含有固体二氧化硅,需要过滤除去,反应②后的体系中有氢氧化铁沉淀,需要过滤除去,A正确;a、b中Al元素分别以AlCl3和NaAlO2形式存在,其中铝元素的化合价都是+3价,B正确;由NaAlO2制备氢氧化铝需要通入过量二氧化碳,C错误;由氢氧化铝制备氧化铝,加热即可,D正确。
答案 C
8.科技工作者提出用铝粉处理含亚硝酸盐废水的思路:
调节亚硝酸盐废水的酸碱性,使其pH>12,然后加入适量的铝粉、搅拌,从而达到预期目的。
下列判断错误的是( )
A.废水处理时铝单质转化为Al3+
B.废水处理中,亚硝酸盐被还原
C.处理过程中,OH-参与了反应
D.铝粉颗粒大小影响废水处理的速率
解析 pH>12,溶液显碱性,则废水处理时,铝单质转化为AlO
,A错误;铝是金属,具有还原性,因此废水处理时,亚硝酸盐被还原,B正确;废水处理时铝单质转化为AlO
,这说明处理过程中,OH-参与了反应,C正确;固体反应物的表面积越大,反应速率越快,因此铝粉颗粒大小影响废水处理的速率,D正确。
答案 A
二、不定项选择题
9.下列叙述中正确的是( )
A.氯化铝溶液中加入过量氨水反应的实质是Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
B.存在于污水中的重金属离子,常用投加明矾等电解质的方法进行处理
C.镁铝合金既可完全溶于过量盐酸又可完全溶于过量NaOH溶液
D.依据铝热反应原理,能发生反应2Al+3MgO
3Mg+Al2O3
解析 B项中明矾只能使污水中的悬浮物沉降,不能除去重金属离子;C项中Mg不能溶于NaOH溶液;D项中Mg的金属性比Al强,故Al与MgO不能发生铝热反应。
答案 A
10.下列说法不正确的是( )
A.Al箔插入稀HNO3中,无现象,说明Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的氧化膜
B.如图所示,①中为AlCl3溶液,②中为浓氨水,①中有白色沉淀生成
C.Al2O3
NaAlO2(aq)
Al(OH)3
D.AlCl3溶液中滴加NaOH溶液后铝的存在形式:
解析 铝能溶于稀HNO3,在浓HNO3中钝化,A错;浓氨水会挥发出NH3,NH3与AlCl3溶液反应生成Al(OH)3沉淀,B正确;Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O,AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
,C正确;根据Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Al3++4OH-===AlO
+2H2O,①
<3时,铝元素存在形式为Al(OH)3、Al3+;②3<
<4时,铝元素存在形式为Al(OH)3、AlO
;③
>4时,铝元素存在形式为AlO
,D正确。
答案 A
11.将15.6gNa2O2和5.4gAl同时放入一定量的水中,充分反应后得到200mL溶液,再向该溶液中缓慢通入标准状况下的HCl气体6.72L,若反应过程中溶液的体积保持不变,则下列说法正确的是( )
A.标准状况下,反应过程中得到6.72L气体
B.最终得到的溶液中c(Na+)=c(Cl-)+c(OH-)
C.最终得到7.8g沉淀
D.最终得到的溶液中c(Na+)=2mol·L-1
解析 n(Na2O2)=0.2mol,n(Al)=0.2mol,由2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑和2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑可知生成n(O2)=0.1mol,n(H2)=0.3mol,n(NaAlO2)=0.2mol,反应剩余n(NaOH)=0.4mol-0.2mol=0.2mol,通入的HCl气体为0.3mol,0.2molHCl与NaOH反应,0.1molHCl与NaAlO2反应生成0.1molAl(OH)3沉淀,反应后溶液中含0.1molNaAlO2。
A项,反应过程中得到8.96L气体;B项,最终得到的溶液中还有0.1molNaAlO2;D项,最终得到的溶液中c(Na+)=2mol·L-1。
答案 CD
三、填空题
12.无水AlCl3易升华,可用作有机合成的催化剂等。
工业上以铝土矿(Al2O3、Fe2O3)为原料制备无水AlCl3的工艺流程如下。
(1)氯化炉中Al2O3、Cl2和C反应的化学方程式为_____________________
_______________________________________________________________。
(2)用Na2SO3溶液可除去冷却器排出的尾气中的Cl2,此反应的离子方程式为_______________________________________________________________。
(3)升华器中主要含有AlCl3和FeCl3,需加入少量Al,其作用是_______________________________________________________________。
(4)为测定制得的无水AlCl3产品(含杂质FeCl3)的纯度,称取16.25g无水AlCl3样品,溶于过量的NaOH溶液中,过滤出沉淀物,沉淀物经洗涤、灼烧、冷却、称重,得其质量为0.32g。
①写出上述除杂过程中涉及的离子方程式:
__________________________、__________________________。
②AlCl3产品的纯度为__________。
(5)工业上另一种以铝灰为原料制备无水AlCl3的工艺中,最后一步是由AlCl3·6H2O脱水制备无水AlCl3,实现这一步的方法是___________________。
解析
(1)由经冷却器出来的气体有CO和Cl2可知,CO是氯化炉中的生成物,且Cl2是过量的,故氯化炉中发生反应的化学方程式为Al2O3+3Cl2+3C
2AlCl3+3CO。
(2)亚硫酸钠是还原剂,氯气是氧化剂,则离子方程式为SO
+Cl2+H2O===SO
+2Cl-+2H+。
(4)①除杂过程中涉及的离子方程式为Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓,Al3++4OH-===AlO
+2H2O。
②沉淀物经洗涤、灼烧、冷却、称重,得到的0.32g固体物质是氧化铁,即其物质的量为0.002mol,则氯化铁的物质的量为0.004mol,即其质量为0.65g,得出AlCl3的质量为16.25g-0.65g=15.6g,AlCl3的纯度为
×100%=96%。
(5)由于氯化铝易水解,水解后生成的氯化氢气体挥发后,使水解平衡正向移动,生成大量的氢氧化铝,故为了抑制其水解,必须在氯化氢的气流中加热脱去结晶水。
答案
(1)Al2O3+3Cl2+3C
2AlCl3+3CO
(2)SO
+Cl2+H2O===SO
+2Cl-+2H+
(3)除去FeCl3
(4)①Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓ Al3++4OH-===AlO
+2H2O ②96%
(5)在HCl气流中加热脱去结晶水
13.某铝土矿中主要含有Al2O3、Al(OH)3、AlO(OH),还含有Fe2O3等杂质。
利用拜耳法生产氧化铝的流程如下图所示:
(1)粉碎后的铝土矿碱浸时应在高温下进行,其目的是
______________________________________________________________。
(2)AlO(OH)与NaOH反应的化学方程式为_____________________________
_______________________________________________________________。
(3)在稀释、结晶过程中,稀释的目的是____________________;加Al(OH)3晶核的目的是促进Al(OH)3的析出。
上述“稀释、结晶”工艺,也可用通入足量的________气体的方法来代替。
(4)浓缩所得的NaOH溶液由于吸收了空气中的CO2而含有杂质,该杂质可通过苛化反应除去,写出苛化反应的化学方程式:
___________________
_______________________________________________________________。
(5)该生产流程能实现________(填化学式)的循环利用。
解析
(1)增大接触面积、温度升高都能加快反应速率。
(2)在碱浸的过程中,Al2O3、Al(OH)3、AlOOH、都能与NaOH反应生成NaAlO2。
(3)稀释时,离子的水解程度增大。
Al(OH)3能溶于强酸和强碱,故从溶液中将AlO
转变为Al(OH)3时,最好通入CO2。
(4)NaOH溶液吸收CO2时生成了Na2CO3,故苛化时,生成了CaCO3和NaOH,反应化学方程式为Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH。
(5)生产流程中能循环利用的物质是前面流程中加入,而在后面流程中又能产生的物质,故只有NaOH能循环利用。
答案
(1)加快反应速率
(2)AlO(OH)+NaOH===NaAlO2+H2O
(3)促进NaAlO2的水解 CO2
(4)Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH
(5)NaOH
[选做题]
14.(2015·浙江理综,27)Ⅰ.请回答:
(1)H2O2的电子式________。
(2)镁燃烧不能用CO2灭火,用化学方程式表示其理由
________________________________________________________________。
(3)在AgCl沉淀中加入KBr溶液,白色沉淀转化为淡黄色沉淀,写出反应的离子方程式__________________________________________________________。
(4)完成以下氧化还原反应的离子方程式:
( )MnO
+( )C2O
+________===( )Mn2++( )CO2↑+________
Ⅱ.化合物甲和NaAlH4都是重要的还原剂。
一定条件下金属钠和H2反应生成甲。
甲与水反应可产生H2,甲与AlCl3反应可得到NaAlH4。
将4.80g甲加热至完全分解,得到金属钠和2.24L(已折算成标准状况)的H2。
请推测并回答:
(1)甲的化学式________。
(2)甲与AlCl3反应得到NaAlH4的化学方程式__________________________
_________________________________________________________________。
(3)NaAlH4与水发生氧化还原反应的化学方程式_________________________
__________________________________________________________________。
(4)甲在无水条件下可作为某些钢铁制品的脱锈剂(铁锈的成分表示为Fe2O3),脱锈过程发生反应的化学方程式
__________________________________________________________________。
(5)某同学认为:
用惰性气体赶尽反应体系中的空气,将铁和盐酸反应后的气体经浓硫酸干燥,再与金属钠反应,得到的固体物质即为纯净的甲;取该固体物质与水反应,若能产生H2,即可证明得到的甲一定是纯净的。
判断该同学设想的制备和验纯方法的合理性并说明理由
__________________________________________________________________。
解析 Ⅰ.
(1)H2O2的电子式为
;
(2)镁能在CO2中燃烧,其化学方程式为2Mg+CO2
2MgO+C;(3)由于AgBr的溶度积比AgCl更小,故在AgCl沉淀中加入KBr溶液,白色沉淀AgCl转化为淡黄色沉淀AgBr,其反应的离子方程式为:
AgCl(s)+Br-(aq)===AgBr(s)+Cl-(aq)。
(4)C2O
在酸化的高锰酸钾溶液中被氧化,其离子方程式为2MnO
+5C2O
+16H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O。
Ⅱ.由4.80g甲加热至完全分解,得到金属钠和2.24L(已折算成标准状况)的H2,可推断金属钠和H2反应生成的甲为NaH,NaH与水反应生成NaOH和H2,NaH与AlCl3反应可得到NaAlH4。
(1)甲的化学式为NaH;
(2)由于反应物为NaH与AlCl3,得到产物有NaAlH4,故推知另一产物为NaCl,其化学方程式为4NaH+AlCl3===NaAlH4+3NaCl。
(3)NaAlH4中的氢显-1价,水中的氢显+1价,NaAlH4与水发生氧化还原反应的过程中生成氢气,另一产物为NaAlO2,其化学方程式为NaAlH4+2H2O===NaAlO2+4H2↑。
(4)根据题意NaH在无水条件下能与Fe2O3反应,结合反应物的性质可推知反应产物为Fe和NaOH,从而得出其化学方程式为3NaH+Fe2O3===2Fe+3NaOH。
(5)制备过程中,由于盐酸易挥发,产生的氢气中会有氯化氢,易和钠反应生成NaCl;如在制取NaH的反应中钠过量,则产物中混有钠,钠与水反应也会有氢气产生,无法判断钠与H2是否完全反应,同时验纯时也没有考虑到混入的NaCl。
答案 Ⅰ.
(1)
(2)2Mg+CO2
2MgO+C
(3)AgCl(s)+Br-(aq)===AgBr(s)+Cl-(aq)
(4)2MnO
+5C2O
+16H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O
Ⅱ.
(1)NaH
(2)4NaH+AlCl3===NaAlH4+3NaCl
(3)NaAlH4+2H2O===NaAlO2+4H2↑
(4)3NaH+Fe2O3===2Fe+3NaOH
(5)制备过程不合理,因为盐酸易挥发,H2中混有HCl,导致产物中有NaCl
验纯方法不合理,如果有Na残留,Na与水反应也产生H2;没有考虑混入的NaCl
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