届高考化学考点15化工流程中铝的化合物的转化必刷题.docx
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届高考化学考点15化工流程中铝的化合物的转化必刷题
考点十五化工流程中铝的化合物的转化
1.铝的单质及其化合物在生产、生活、科研等领城应用广泛。
Ⅰ、工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,还含有Fe2O3、FeO、SiO2)制备铝的某种化合物的工艺流程如下:
(1)加入盐酸时,氧化铝发生反应的离子方程式为______
(2)在滤液A中加入漂白液,目的是氧化除铁,所得滤液B显酸性。
该过程中涉及某氧化还原反应如下,请完成:
Fe2++___ClO-+ ═Fe(OH)3↓+Cl-+__________
Ⅱ、明矾在日常生活、生产中也占有一席之地。
(3)明矾是净水明星,用离子方程式表示其净水原理_____________________________。
(4)向0.02mol的明矾溶液中逐滴加入150mL0.2mol/LBa(OH)2溶液, 生成沉淀的质量为_____克。
【答案】Al2O3+6H+=2Al3++3H2O2Fe2++1ClO-+5H2O=2Fe(OH)3↓+1C1-+4H+Al3++3H2O
Al(OH)3+3H+8.55g
2.某含锰矿石的主要成分是MnO2,还含CaO、Al2O3、FeS杂质,由此矿石生产MnCO3的工艺流程如图所示:
已知:
①相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如表所示:
物质
开始沉淀
沉淀完全
Fe(OH)3
2.7
3.7
Al(OH)3
3.8
4.7
Mn(OH)2
8.8
10.4
Ca(OH)2
12
─
②常温下,Ksp(CaF2)=3.95×10-11
回答下列问题:
(1)酸溶时,是否能将稀硫酸换成浓盐酸______(填“是”或“否”);操作I的名称为______________。
(2)取溶液Ⅰ加入KSCN溶液,溶液呈血红色,试写出酸溶过程中MnO2与F
eS发生反应的离子方程式:
______。
(3)调节溶液Ⅰ的pH时,pH的范围为_________;所用的物质X最好是________(填字母)。
A.盐酸B.NaOH溶液C.氨水D.MnCO3固体
(4)滤渣Ⅰ为___________________,滤渣Ⅱ为_____________。
(填化学式)
(5)沉锰的化学方程式为_________________________________________。
(6)沉锰后过滤得到固体MnCO3,设计实验方案验证MnCO3固体是否洗涤干净:
__________。
【答案
】否过滤2FeS+12H++3MnO2=2Fe3++2S+3Mn2++6H2O4.7≤pH<8.8DFe(OH)3、Al(OH)3CaF2MnSO4+2NaHCO3=MnCO3↓+Na2SO4+H2O+CO2↑取少量最后一次洗涤液于试管中,滴入盐酸酸化的氯化钡溶液,若无沉淀产生,则说明已经洗涤干净
3.信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。
某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后,得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物,并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线:
请回答下列问题:
(1)第①步Cu与酸反应的离子方程式为__________________;得到滤渣1的主要成分为______(写化学式)。
(2)第②步加H2O2的作用是______________________(用离子方程式表示);使用H2O2的优点是____________;调溶液pH的目的是使____________生成沉淀。
(3)用第③步所得CuSO4·5H2O制备无水CuSO4的方法是______________。
【答案】Cu+4H++2NO3—
Cu2++2NO2↑+2H2O或3Cu+8H++2NO3—
3Cu2++2NO↑+4H2OAu、Pt2H++2Fe2++H2O2=2Fe3++2H2O不引入杂质,对环境无污染Fe3+、Al3+加热脱水
4.铝元素在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分为Al2O3,还含有Fe2O3、FeO、SiO2)中。
工业上用铝土矿制备铝的某种化合物的工艺流程如下。
(1)在滤液A中加入漂白液,目的是氧化除铁,所得滤液B显酸性。
①检验滤液B中是否还含有铁元素的方法为:
_______________(注明试剂、现象)。
②将滤液B中的铝元素以沉淀形式析出,可选用的最好试剂为__________(填代号)。
a.氢氧化钠溶液 b.硫酸溶液 c.氨水 d.二氧化碳
③由滤液B制备氯化铝晶体涉及的操作为:
边滴加浓盐酸边___________________(填
操作名称)、过滤、洗涤。
④高铁酸钠(Na2FeO4)是一种强氧化剂,可作为水处理剂和高容量电池材料。
FeCl3与漂白液(主要成分NaClO)在强碱性条件下反应可制取Na2FeO4,反应的离子方程式为___________________________。
(2)①SiO2和NaOH焙烧制备硅酸钠,可采用的装置为_______________(填代号)。
②过量CO2通入到硅酸钠的溶液中,然后加热蒸干,再高温灼烧,最后所得固体成分___________。
【答案】取少量滤液B,加入KSCN溶液,若不变红,再加入氯水,仍然不变红,说明滤液B中不含铁元素c蒸发浓缩、冷却结晶2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42—+3Cl-+5H2O(或2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42—+3Cl-+5H2O)b硅酸钠
【解析】
(1).①.检验滤液B中是否还含有铁元素的方法为利用铁离子和亚铁离子的检验方法进行检验,具体操作为取少量滤液B,加入KSCN溶液,若不变红,再加入氯水,仍然不变红,说明滤液B中不含铁元素,故答案为:
取少量滤液B,加入KSCN溶液,若不变红,再加入氯水,仍然不变红,说明滤液B中不含铁元素;
②.滤液B中含有的是氯化铝,将滤液B中的铝元素以沉淀形式析出,
a.氢氧化钠溶液可以沉淀铝离子但过量的氢氧化钠会溶解氢氧化铝,氢氧化钠不是最佳试剂,故a不选;
b.硫酸溶液不与铝离子反应,故b不选;
c.氨水是弱碱不能溶解氢氧化铝,过量的氨水和铝离子形成氢氧化铝沉淀过滤得到氢氧化铝固体,故c选;
d.二氧化碳和氯化铝不反应,无法生成氢氧化铝沉淀,故d不选,答案为:
c;
③.加入浓盐酸可抑制氯化铝的水解,经蒸发浓缩、冷却结晶,过滤,洗涤得氯化铝晶体,故答案为:
蒸发浓缩、冷却结晶;
④.FeCl3与漂白液(主要成分NaClO)在强碱性条件下反应可制取Na2FeO4的离子方程式为2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42—+3Cl-+5H2O(或2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42—+3Cl-+5H2O),故答案为:
2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42—+3Cl-+5H2O(或2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42—+3Cl-+5H2O);
(2).①.a.蒸发皿中含有二氧化硅,可与NaOH反应,不能用于SiO2和NaOH焙烧制备硅酸钠,故a错误;
b.铁坩埚可以熔融二氧化硅和氢氧化钠,可在铁坩埚中用SiO2和NaOH焙烧制备硅酸钠,故b正确;
c.玻璃试管中含二氧化硅,可与氢氧化钠反应,不能用于SiO2和NaOH焙烧制备硅酸钠,故c错误;
d.瓷坩埚中含有二氧化硅,可与氢氧化钠反应,不能用于SiO2和NaOH焙烧制备硅酸钠,故d错误,答案选b;
②.过量CO2通入到硅酸钠的溶液中,反应生成硅酸沉淀和碳酸氢钠,然后加热蒸干,再高温灼烧,碳酸氢钠分解生成碳酸钠、硅酸分解生成二氧化硅,二氧化硅和碳酸钠在高温下反应生成硅酸钠和二氧化碳,最后所得固体成分为硅酸钠,故答案为:
硅酸钠。
5.以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下:
(1)焙烧过程均会产生SO2,用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为__________。
(2)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素存在的形式由_______________(填化学式)转化为_______________(填化学式)。
(3)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。
Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=__________________。
【答案】SO2+OH−
HSO3−NaAlO2Al(OH)31∶16
6.某工业废液中含有Cu2+、Mg2+、Zn2+等离子,为将其回收利用,采用了如下工艺
已知Zn(OH)2的性质与Al(OH)3相似,所用试剂在下列试剂中选择
①铁粉②锌粉③稀HNO3④稀H2SO4⑤稀HCl⑥稀氨水⑦NaOH溶液⑧石灰水
请回答下列问题:
(1)试剂1、试剂2、试剂3分别可以是__________________(填编号)
(2)操作2依次是______________、________________、__________
(3)操作3是________________________________
(4)加过量CO2时发生反应的离子方程式_________________________________
(5)在金属冶炼方法中方法1是______________方法2是_____________________.
【答案】②⑤⑦蒸发浓缩冷却结晶过滤在HCl的气流中加热脱水ZnO22-+2CO2+2H2O=Zn(OH)2↓+2HCO3-电解法热还原法
7.某混合物甲中含有明矾[KAl(SO4)2·12H2O]、Al2O3和Fe2O3。
在一定条件下由甲可实现如图所示的物质之间的转化。
请回答下列问题:
(1)写出B的化学式____________________
(2)试剂a最好选用________。
A.NaOH溶液 B.稀盐酸C.二氧化碳 D.氨水
(3)写出反应②的离子方程式:
____________________________________。
(4)固体E可以作为复合性的化学肥料,E中所含物质的化学式为_________________、_________________。
【答案】Al2O3DAl[(OH)4]-+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-或AlO2-+2H2O+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-K2SO4(NH4)2SO4
8.已知蓝铜矿的主要成分是2CuCO3·Cu(OH)2,受热易分解。
铝土矿的主要成分是Al2O3、Fe2O3、SiO2。
已知:
NaAlO2+CO2+H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3,根据下列框图转化回答问题:
(1)写出②的离子方程式:
_________________________、_____________________________。
(2)沉淀a、c化学成分分别是:
___________________、_________________________
(3)请写出检验沉淀b中所含有阳离子的实验方法______________________________。
(4)洗涤沉淀c的实验操作方法是_______________________________________________________;加热沉淀c应放在___________(容器)中进行。
(5)经过④、⑤步反应得到铜和金属铝,写出反应的化学方程式:
_______________、________________。
【答案】Al3++4OH—=AlO2—+2H2OFe3++3OH—=Fe(OH)3↓SiO2Al(OH)3取沉淀少量于一支洁净的试管中,加入少量盐酸,然后再往试管中加入几滴的KSCN溶液,发现试管内呈现红色向漏斗内的沉淀上加入一定量的蒸馏水,没过沉淀,待水自然流下,重复数2—3次坩埚2(2CuCO3·Cu(OH)2)+3C
6Cu+7CO2↑+2H2O2Al2O3
4Al+3O2↑
9.利用熔融碱焙烧工艺可从铝热法生产金属铬所得铬渣(Al、Al2O3、Cr2O3等)中浸出铬和铝,实现铬和铝的再生利用。
其工作流程如下:
(1)铝热法冶炼金属铬,是利用了金属铝的______(填“氧化性”或“还原性”)。
(2)溶液1中的主要的阴离子有CrO42-、_____(填离子符号)。
(3)过程I,在Cr2O3参与的反应中,若生成0.4molCrO42-,消耗氧化剂的物质的量是_______。
(4)通入CO2调节溶液pH实现物质的分离。
①滤渣A煅烧得到Al2O3,再用电解法冶炼Al。
冶炼Al的化学方程式是_______。
②滤渣B受热分解所得物质可以循环利用,B是________(填化学式)。
③已知:
2CrO42-+2H+
Cr2O72-+H2OK=4.0×1014
滤液3中Cr2O72-的浓度是0.04mol/L,则CrO42-的浓度是_____mol/L。
(5)过程II的目的是得到K2Cr2O7粗品,粗品再重结晶可制得纯净的K2Cr2O7。
不同温度下化合物的溶解度(g/100gH2O)
结合表中数据分析,过程II得到K2Cr2O7粗品的操作是:
______,过滤得到K2Cr2O7粗品。
【答案】还原性AlO2-、OH-0.3mol2Al2O3(熔融)
3O2↑+4AlNaHCO30.01向滤液③中加入浓硫酸和KCl固体后,蒸发浓缩、降温结晶
10.(I)某课外小组研究铝土矿中Al2O3的含量。
已知铝土矿的主要成分是Al2O3,杂质是Fe2O3、SiO2等。
从铝土矿中提取Al2O3的过程如
下:
(1)第③步中,生成氢氧化铝的离子方程式是____________________。
(2)如果把步骤②中适量的盐酸改为过量的二氧化碳,则反应的离子方程式____。
(3)将实验过程中所得固体精确称量,课外小组发现所得氢氧化铝固体的质量与原铝土矿质量相等,则该铝土矿中Al2O3的质量分数是__________(保留一位
小数)。
(4)工业上制取AlCl3用Al2O3与C、Cl2在高温条件下反应,每消耗0.5mol碳单质,转移1mol电子,反应的化学方程式是____________________。
(II)大量燃煤产生烟气会造成空气中二氧化硫含量增多,某研究小组利用燃煤电厂的固体废弃物粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)进行烟气脱硫研究,并制备Al2(SO4)3·18H2O。
(5)第②步不能用氢氧化钠溶液的原因是_____________(用化学方程式表示)。
(6)下列关于步骤③、④的说法正确的是_______。
a.溶液C可用于制备氮肥
b.溶液B中的硫酸铵将烟气中的SO2除去
c.热分解获得的SO2可以回收再利用
(7)从固体B制备Al2(SO4)3·18H2O的实验操作是:
加入稀硫酸、加热浓缩、_________、过滤。
【答案】Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-65.4%Al2O3+3Cl2+3C
2AlCl3+3COAl(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O或Al2(SO4)3+8NaOH=2NaAlO2+2Na2SO4+4H2Oa、c冷却结晶
【解析】
(1)由于氢氧化铝能溶于强碱性溶液,因此选用弱碱氨水将铝离子转化为氢氧化铝沉淀,发生反应的离子方程式是Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+;
(2)由于
碳酸的酸性强于氢氧化铝,则足量二氧化碳与偏铝酸钠反应的离子方程式为CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-;
(3)设铝土矿的质量是mg,将实验过程中所得固体精确称量,课外小组发现所得氢氧化铝固体的质量与原铝土矿质量相等,则根据原子守恒可知该铝土矿中Al2O3的质量分数是
;
(4)Cl2有强氧化性,碳具有还原性,每消耗0.5mol碳单质,转移1mol电子,这说明反应中碳失去2个电子,即氧化产物是CO,所以反应的化学方程式是Al2O3+3Cl2+3C
2AlCl3+3CO;
(5)由于氢氧化铝是两性氢氧化物,能溶于强碱溶液中,则第②步不能用氢氧化钠溶液,反应的化学方程式为Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O或Al2(SO4)3+8NaOH=2NaAlO2+2Na2SO4+4H2O。
(6)a.溶液C中含有铵盐,可用于制备氮肥,a正确;b.溶液B中的氨水将烟气中的SO2除去,硫酸铵与二氧化硫不反应,b错误;c.热分解获得的SO2可以回收再利用,c正确;答案选ac;
(7)从固体B制备Al
2(SO4)3·18H2
O的实验操作是:
加入稀硫酸、加热浓缩、冷却结晶、过滤。
11.以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下:
(1)焙烧过程均会产生SO2,用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程
式为______________________。
(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧,其硫去除率随温度变化曲线如题16图所示。
已知:
多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃
硫去除率=(1—
)×100%
①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时,去除的硫元素主要来源于__________________。
②700℃焙烧时,添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低,其主要原因是______________________________________________________。
(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素存在的形式由_______________(填化学式)转化为_______________(填化学式)。
(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。
Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=__________________。
【答案】SO2+OH−
HSO3−FeS2硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中NaAlO2Al(OH)31∶16
12.硼氢化钠(NaBH4,硼为+3价)为白色粉末,在干燥空气中稳定,在潮湿空气中分解,是常用的还原剂。
偏硼酸钠(NaBO2)易溶于水,不溶于乙醇,易水解。
目前有多种工艺可制备NaBH4。
(1)用硼精矿(含有一定量B2O3,及Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质)制取NaBH4的流程如下:
①“溶解”时,B2O3与NaOH反应生成了NaBO2,反应离子方程式为________。
②“除硅铝”步骤加入CaO,而不加入CaCl2的原因有:
能将硅、铝以沉淀除去;尽量不带入杂质离子;________。
③“操作2”是将滤液蒸发、结晶、洗涤,其中洗涤选用的试剂最好是________。
④“反应1”是MgH2与NaBO2混合得到NaBH4和MgO,其化学方程式为________。
(2)我国孙彦平采用耐腐蚀电极材料,以阳离子交换膜为隔离膜,电解偏硼酸钠的碱溶液,也可以高效制备NaBH4。
该工艺阳极产物为________,阴极电极方程式为________。
【答案】B2O3+2OH-=2BO2-+H2OCaO乙醇2MgH2+NaBO2=NaBH4+2MgOO2BO2-+8e-+6H2O=BH4-+8OH-
13.盐酸法是在一定温度下盐酸与铝土矿、高岭土或粉煤灰等固体中的活性Al2O3发生反应制备Al2O3的工艺。
氯化铝溶液可通过蒸发结晶生成结晶氯化铝,进而焙烧得到氧化铝;也可利用氯化铝在酸溶液中的溶解度随着盐酸浓度的升高而急剧降低的特点,生成氯化铝晶体,从而焙烧得到氧化铝。
图1是我国某公司研发的具有自主知识产权的“一步酸溶法”工艺流程。
回答下列问题:
(1)“氯化铝在酸溶液中的溶解度随着盐酸浓度的升高而急剧降低”的原因是_________(结合必要的化学方程式说明)。
(2)精制液蒸发结晶后分离出纯净结晶氯化铝的操作名称是_______,用_____洗涤。
(3)写出结晶氯化铝(AlCl3·6H2O)焙烧的化学方程式:
_____________________________。
(4)工业上冶炼金属铝的方法是电解熔融的_______(填化学式),电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是___________________________。
(5)铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。
在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是_______________________________________。
【答案】AlCl3溶液中存在水解平衡AlCl3+3H2O
Al(OH)3+3HCl,及结晶溶解平衡AlCl3(s)
Al3+(aq)+3Cl-(aq),盐酸浓度越大,两平衡都向左移动,AlCl3溶解度越小过滤浓盐酸2(AlCl3·6H2O)
Al2O3+6HCl+9H2OAl2O3石墨电极被阳极上产生的O2氧化NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜
14.以冶炼金属铝的废弃物铝灰为原料制取超细α -氧化铝,既能降低环境污染又可提高铝资源的利用率。
已知铝灰的主要成分为Al2O3(含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3),其制备流程如下:
(1)用上图中“滤渣”和NaOH焙烧制备硅酸钠,可采用的装置为____ (填选项编号).
(2)流程中加入H2O2有气体产生,原因是___________。
(3)通过调节溶液的pH来“沉铁”,得到Fe(OH)3.己知:
Fe3+
Fe2+
Al3+
开始沉淀时的pH
2.2
7.5
3.7
完全沉淀时的pH
3.2
9.0
4.7
为保证产品的纯度,可以选用下列物质中的____调节溶液 pH(填字母),调节pH的范围为_____。
a. A12O3b. NaOHc. Al(OH)3d. Na2CO3
(4)煅烧硫酸铝铵晶体,发生的主要反应为:
4[NH4Al(SO4)2·12H2O]
2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O,将产生的气体通过下图所示的装置:
①集气瓶中收集到的气体是______(填化学式).
②装有KMnO4溶液洗气瓶的作用是________。
③选用一种常用化学试剂和稀硝酸检验硫酸铝铵,该试剂_________,写出硫酸铝铵加入足量该试剂的离子方程式_________________。
【答案】BFe3+对H2O2的分解有催化作用ac3.2≤pH<3.7N2吸收SO2浓Ba(OH)2溶液NH4++Al3++ 2SO42-+ 2Ba2+ +5OH-=AlO2-+NH3+ 3H2O+2BaSO4↓
15.碲(Te)是一种第VIA族分散稀有元素,主要伴生于铜、镍、铅等金属矿藏中。
TeO2属于两性氧化物,难溶于水,易溶于强酸和强碱。
工业上可从电解精炼铜的阳极泥(主要成分Cu2Te,还有少量的A
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