高考化学 铝及其化合物推断题 培优练习含答案及详细答案.docx
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高考化学铝及其化合物推断题培优练习含答案及详细答案
2020-2021高考化学铝及其化合物推断题培优练习(含答案)及详细答案
一、铝及其化合物
1.工业上常采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3制取七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O),设计流程如图:
(1)溶解烧渣选用的足量的酸的名称是___。
(2)固体1的主要成分是___。
(3)加入药品X后,溶液1中主要反应的离子方程式为___。
(4)从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中,须控制条件防止其氧化和分解,经过、___、___过滤等步骤得到晶体。
(5)有同学认为在溶液1中直接加NaOH至过量,得到的沉淀用硫酸溶解,其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O,你认为这一方案___(填写“可行”或“不可行”)。
【答案】硫酸SiO2Fe+2Fe3+=3Fe2+蒸发浓缩冷却结晶不可行
【解析】
【分析】
硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3,不考虑其他杂质)中加入足量稀硫酸,发生的反应有Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O、Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O,SiO2不溶于稀硫酸,然后过滤,得到的固体1成分为SiO2,滤液1中含有Fe2(SO4)3、H2SO4、Al2(SO4)3;在滤液1中加入X,然后加入NaOH溶液并调节溶液的pH,得到固体2为Al(OH)3和溶液2,从溶液2中能得到FeSO4•7H2O晶体,说明溶液2中溶质为FeSO4,则X具有还原性,能将Fe3+还原为Fe2+,且不能引进新的杂质,则X为Fe,加入试剂X发生的离子反应有2Fe3++Fe=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑,将溶液2蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到FeSO4•7H2O晶体,据此分析解答。
【详解】
(1)根据最终产物为七水合硫酸亚铁可知溶解烧渣的酸为硫酸;
(2)固体1为不溶于硫酸的SiO2;
(3)试剂X为Fe,可还原铁离子,离子方程式为Fe+2Fe3+=3Fe2+;
(4)从溶液中得到晶体一般需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥;
(5)在溶液1中含有铁离子和铝离子,加过量的氢氧化钠,铝离子转化为偏铝酸根离子,铁离子与氢氧根离子结合生成氢氧化铁沉淀,所以最终得到的是硫酸铁而不是硫酸亚铁,所以不可行。
2.有A、B、C、D、E五种短周期元素,已知相邻的A、B、C、D四种元素原子核外共有56个电子,在周期表中的位置如图所示。
E的单质可与酸反应,1molE单质与足量酸作用,在标准状况下能产生33.6LH2;E的阳离子与A的阴离子核外电子层结构完全相同,回答下列问题:
(1)五种元素的名称:
A________,B________,C________,D________,E________。
(2)画出C原子、A离子的结构示意图:
__________________、__________________。
(3)B单质在D单质中燃烧,反应现象是_______________________,生成物的化学式为_____________________。
(4)A与E形成化合物的化学式为______________,它的性质决定了它在物质的分类中应属于__________________。
(5)向D与E形成的化合物的水溶液中滴入烧碱溶液直至无明显现象发生时,观察到的现象是先有白色胶状沉淀产生并逐渐增多,随NaOH加入又逐渐溶解最终澄清,请写出有关反应的离子方程式为_______________________、___________________________________________。
【答案】氧磷硫氯铝
白色烟雾PCl3、PCl5Al2O3两性氧化物Al3++3OH-=Al(OH)3↓Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
【解析】
【分析】
A、B、C、D、E五种短周期元素,由位置图可知,A在第二周期,B、C、D处于第三周期,设C的质子数为x,则A的质子数为x-8,B的质子数为x-1,D的质子数为x+1,A、B、C、D四种元素原子核外共有56个电子,则x+(x-8)+(x-1)+(x+1)=56,解得x=16,即A为O,B为P,C为S,D为Cl;1molE单质与足量酸作用,在标准状况下能产生33.6LH2,设E的化合价为y,根据电子转移守恒:
1mol×y=
×2×1,解得y=3,E的阳离子与A的阴离子核外电子层结构完全相同,则E为Al,据此解答。
【详解】
(1)由上述分析,可知A为氧、B为磷、C为硫、D为氯、E为铝;
(2)C为硫,S原子核外有16个电子,三个电子层,各层电子数为2、8、6,原子结构示意图为:
;A为氧,O2-离子核外电子数为10,有2个电子层,各层电子数为2、8,离子结构示意图为:
;
(3)磷单质在氯气中燃烧三氯化磷和五氯化磷,生成物的化学式为:
PCl3是液体、PCl5是固体,反应现象是:
有白色烟雾生成;
(4)A与E形成的化合物为氧化铝,化学式为Al2O3,能与酸、碱反应生成盐与水,属于两性氧化物;
(5)D与E形成的化合物为AlCl3,向AlCl3的水溶液中逐渐滴入烧碱溶液直至过量,发生Al3++3OH-=Al(OH)3↓、Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O,则可观察到先有白色胶状沉淀产生并逐渐增多,随NaOH加入又逐渐溶解最终澄清。
3.从铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下:
请回答下列问题:
(1)固体A的主要成分是______________(写名称).
(2)铝土矿与过量烧碱反应的离子方程式为______、______.
(3)电解熔融氧化铝可制得两种单质,写出该反应化学方程式______________.
(4)指出流程乙的一个缺点是____________.
(5)氧化铝与焦炭的混合物在氮气中高温加热反应,制得新型非金属材料AlN与一种中学常见气体X.已知每转移6.02×1023个电子,有0.5mol化合物X生成,此反应的化学方程式________________.
【答案】二氧化硅Al2O3+2OH_=2AlO2_+H2OSiO2+2OH_=SiO32﹣+H2O2Al2O3==4Al+3O2↑氧化铝中含有二氧化硅杂质Al2O3+N2+3C
2AlN+3CO.
【解析】流程甲:
铝土矿中加入过量的稀盐酸,SiO2与盐酸不反应,Al2O3、Fe2O3、MgO均可与盐酸反应生成相应的氯化物,反应方程式为Al2O3+6H+===2Al3++3H2O;Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O;MgO+2H+===Mg2++H2O;反应液中加入过量烧碱,Al3+变为AlO2-,Mg2+、Fe3+变为Mg(OH)2 和Fe(OH)3 沉淀,过滤后,滤液中通入足量的二氧化碳气体,生成了Al(OH)3沉淀;反应方程式为AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-。
流程乙:
铝土矿中加入过量的氢氧化钠溶液,Fe2O3、MgO与氢氧化钠不反应,SiO2、Al2O3均与强碱反应生成硅酸钠和偏铝酸钠,过滤,滤液中通入足量的二氧化碳,反应生成了Al(OH)3沉淀和硅酸。
(1)综上所述,固体A的主要成分是二氧化硅;正确答案:
二氧化硅。
(2)铝土矿中Al2O3、SiO2均与强碱反应,生成偏铝酸盐和硅酸盐,反应的离子方程式分别为:
Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O、SiO2+2OH_=SiO32﹣+H2O;正确答案:
Al2O3+2OH_=2AlO2-+H2O、SiO2+2OH_=SiO32﹣+H2O。
(3)电解熔融氧化铝可制得金属铝和氧气,反应化学方程式2Al2O3==4Al+3O2↑;正确答案:
2Al2O3==4Al+3O2↑。
(4)SiO2、Al2O3均与强碱反应生成硅酸钠和偏铝酸钠,过滤,滤液中通入足量的二氧化碳,反应生成了Al(OH)3沉淀和硅酸,加热后,得到氧化铝和二氧化硅,即氧化铝中含有二氧化硅杂质;正确答案:
氧化铝中含有二氧化硅杂质。
(5)氧化铝与焦炭的混合物在氮气中高温加热反应,制得新型非金属材料AlN与一种中学常见气体X,根据元素守恒可以知道X中应含有氧元素和碳元素,已知每转移6.02×1023个电子即1mol电子,有0.5mol化合物X生成,由电子转移守恒,可得在X中C的化合价为
所以X是CO,所以该反应的化学方程式为Al2O3+N2+3C
2AlN+3CO;正确答案:
Al2O3+N2+3C
2AlN+3CO。
点睛:
二氧化硅为酸性氧化物,与强碱反应,不与强酸反应;氧化铝为两性氧化物,既能与强酸,又能与强碱反应;氧化铁、氧化镁属于碱性氧化物,只能与强酸反应,不与强碱反应。
4.A~G为中学化学常见的化合物,
是生活中用途广泛的两种金属单质。
其相互转化关系如图所示(反应条件已略去):
请回答下列问题
(1)
的化学式分别为____、____。
(2)①~⑨中,属于非氧化还原反应的是___。
(3)反应⑨的化学方程式为_________,该反应的现象为____。
(4)反应①、④的离子方程式分别为__________、_______。
【答案】Fe2O3NaAlO2②④⑦⑧4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3反应现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O
【解析】
【分析】
X和B都是能与氢氧化钠反应的物质,为铝或氧化铝之一,A和Y能与盐酸反应,G在空气中转化为F,G和F都是由D,E与氢氧化钠反应制得的,E为氯化亚铁,F为氢氧化铁,G为氢氧化亚铁,D为三氯化铁,E为氯化亚铁,Y为铁,A为三氧化二铁,X为铝,B为氧化铝,C为偏铝酸钠,然后分析。
【详解】
根据分析可知,A为Fe2O3,B为Al2O3,C为NaAlO2,D为FeCl3,E为FeCl2,F为Fe(OH)3,G是Fe(OH)2,X为Al,Y为Fe;
写出①~⑨的化学方程式:
①2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
②Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
③2Al+Fe2O3=高温2Fe+Al2O3
④Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
⑤Fe+2HCl=FeCl2+H2↑
⑥2FeCl3+Fe=3FeCl2
⑦FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl
⑧FeCl2+2NaOH=Fe(OH)2↓+2NaCl
⑨4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
(1)A为Fe2O3,C为NaAlO2;
(2)非氧化还原反应指的是没有化合价的变化的反应,有②④⑦⑧;
(3)⑨4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,反应现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色;
(4)①的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑,④的离子方程式为Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O。
【点睛】
能与氢氧化钠反应的金属在高中阶段只学了铝,铁和铝的性质是常考的内容,需要学生很熟悉常见金属及其化合物的性质。
5.“生活无处不化学”,请你回答下列问题。
(1)厨房中的调味品有:
①盐(主要成分氯化钠)、②碱面(主要成分碳酸钠)、③白醋(主要成分乙酸)。
将上述物质分别溶于水,其水溶液具有碱性的是______(填序号,下同),主要成分中属于盐类的是________,相互间能发生反应的是______。
(2)生活中遇到下列问题,不涉及到化学变化的是________。
①用四氯化碳可擦去圆珠笔油②自来水厂用液氯消毒③可用食醋洗掉水垢
(3)当前,环境治理已成为重要的民生工程。
①我国城市发布的“空气质量日报”中,下列物质不列入首要污染物的是_____(填字母代号)。
A.二氧化硫B.二氧化碳C.二氧化氮D.可吸入颗粒物
②煤炭直接燃烧会引起多种环境问题。
燃煤产生的SO2是导致______(填名称)污染现象形成的原因;处理含CO、SO2烟道气污染的一种方法是将其在催化剂作用下转化为单质S,发生反应的化学方程式为_____________________。
(4)向浑浊的水中加入明矾KAl(SO4)2•12H2O后,水可得到净化。
写出明矾在水中的电离方程式___,往明矾溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液直至Al3+恰好沉淀完全,发生反应的离子方程式为_______。
【答案】②①②②③①B酸雨2CO+SO2
2CO2+SKAl(SO4)2=K++Al3++2SO42-或者KAl(SO4)2·12H2O=K++Al3++2SO42-+12H2O2Al3++3Ba2++6OH-+3SO42-=2Al(OH)3↓+3BaSO4↓
【解析】
【分析】
(1)水溶液具有碱性的物质是碱或水解显碱性的盐;金属阳离子和酸根银离子过程的化合物为盐;碳酸钠和乙酸反应生成醋酸钠、二氧化碳和水;
(2)有新物质生成的变化为化学变化;
(3)①空气质量日报”涉及的污染物有二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、可吸入颗粒物等;
②燃煤产生的SO2增加了硫酸性酸雨的形成;一氧化碳与二氧化硫在催化剂条件下反应生成单质硫和二氧化碳;
(4)明矾在水溶液中电离生成Al3+和SO42-,假设KAl(SO4)2为2mol,当Al3+恰好全部沉淀时,需要3molBa(OH)2,根据各离子的物质的量判断反应的程度,以此书写离子方程式。
【详解】
(1)厨房中的调味品,①盐(主要成分氯化钠),②碱面(主要成分碳酸钠)、③白醋(主要成分乙酸),将上述物质分别溶于水,其水溶液具有碱性的是②碱面(主要成分碳酸钠),碳酸根离子水解溶液显碱性,主要成分中属于盐类的是①盐(主要成分氯化钠),②碱面(主要成分碳酸钠),相互反应的物质是碳酸钠和乙酸反应生成醋酸钠、二氧化碳和水,
故答案为:
②;①②;②③;
(2)①用四氯化碳可擦去圆珠笔油,利用相似相溶原理,无新物质生成,属于物理变化,故选;
②自来水厂用液氯消毒,利用氯气与水反应生成具有强氧化性次氯酸,有新物质生成,是化学变化,故不选;
③可用食醋洗掉水垢,醋酸与碳酸钙,氢氧化镁反应生成可溶性醋酸盐,有新物质生成,是化学变化,故不选;
故选:
①;
(3)①空气质量日报”涉及的污染物有二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、可吸入颗粒物等,二氧化碳为空气组成成分,不属于污染物,
故选:
B;
②燃煤产生的SO2增加了硫酸性酸雨的形成;一氧化碳与二氧化硫在催化剂条件下反应生成单质硫和二氧化碳,方程式:
2CO+SO2
2CO2+S;
故答案为:
酸雨;2CO+SO2
2CO2+S;
(4)明矾在水溶液中电离生成Al3+和SO42-,电离方程式为KAl(SO4)2=K++Al3++2SO42-,假设KAl(SO4)2为2mol,溶液中含有2molAl3+,4molSO42-,当Al3+恰好全部沉淀时,需要3molBa(OH)2,即加入3molBa2+,6molOH-,反应的离子方程式为2Al3++3SO42-+3Ba2++6OH-=3BaSO4↓+2Al(OH)3↓,
故答案为:
KAl(SO4)2=K++Al3++2SO42-;2Al3++3SO42-+3Ba2++6OH-=3BaSO4↓+2Al(OH)3↓。
6.粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。
进行如下实验:
①取适量A进行铝热反应,产物中有单质B生成;
②另取20gA全部溶于0.15L6.0mol·L-1盐酸中,得溶液C;
③将①中得到的单质B和溶液C反应,放出1.12L(标况)气体,同时生成溶液D,还残留有固体物质B;
④用KSCN溶液检验时,溶液D不变色。
请填空:
(1)①中引发铝热反应的实验操作是___________,产物中的单质B是________。
(2)②中所发生的各反应的化学方程式是___________。
(3)③中所发生的各反应的离子方程式是___________。
(4)若溶液D的体积仍视为0.15L,则该溶液中c(Mg2+)为________,c(Fe2+)为________。
【答案】加少量KClO3,插上镁条并将其点燃FeFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、MgO+2HCl=MgCl2+H2OFe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑0.67mol·L-12.3mol·L-1
【解析】
【详解】
(1)铝热反应是指单质Al和某些金属氧化物发生的反应,反应过程中放出大量热,但该反应需要较高的温度才能引发。
在混合物上加少量KClO3固体并插上Mg条,点燃Mg条后放出热量,使KClO3固体分解放出O2,进一步加剧Mg的燃烧,可在短时间内使混合物温度迅速升高,引发反应。
发生的反应为Fe2O3+2Al
Al2O3+2Fe,所以产物中单质B为Fe,故答案为:
加少量KClO3,插上镁条并将其点燃;Fe;
(2)Fe2O3和MgO都是碱性氧化物,能和酸反应生成盐和水:
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,MgO+2HCl=MgCl2+H2O,故答案为:
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、MgO+2HCl=MgCl2+H2O;
(3)混合物中只有Fe2O3能和Al发生铝热反应,生成Fe单质。
C溶液中有反应生成的FeCl3,还有未反应的HCl。
发生的离子反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑。
(4)假设步骤②用去的20g固体中,MgO的物质的量为x,则Fe2O3的物质的量也为x,则40g·mol-1×x+160g·mol-1×x=20g,解得:
x=0.1mol。
根据MgO~MgCl2的关系,则溶液中MgCl2的浓度为0.1mol÷0.15L≈0.67mol·L-1。
步骤④说明溶液中没有Fe3+,也就是溶质为FeCl2和MgCl2。
根据Cl-守恒的关系,可知MgCl2和FeCl2的总的物质的量等于
=0.45mol,所以,FeCl2的浓度为
≈2.3mol·L-1,故答案为:
Fe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑;0.67mol·L-1;
【点睛】
本题考查混合物反应的计算、物质的量浓度计算,题目难度中等,掌握氧化镁、氧化铁以及铁和三价铁离子的反应原理为解答的关键,(4)中计算亚铁离子的物质的量时,不可忽略了铁与氢离子的反应。
7.铝是应用广泛的金属。
以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如图:
注:
SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)Al的原子结构示意图为_________;Al与NaOH溶液反应的离子方程式为________。
(2)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_______________。
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是___________。
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。
阳极的电极反应式为_________,阴极产生的物质A的化学式为____________。
【答案】
2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O石墨电极被阳极上产生的氧气氧化4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑H2
【解析】
【分析】
以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝,由流程可知,加NaOH溶解时Fe2O3不反应,由信息可知SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀,过滤得到的滤渣为Fe2O3、铝硅酸钠,碳酸氢钠与偏铝酸钠反应生成Al(OH)3,过滤II得到Al(OH)3,灼烧生成氧化铝,电解I为电解氧化铝生成Al和氧气,电解II为电解Na2CO3溶液,结合图可知,阳极上碳酸根离子失去电子生成碳酸氢根离子和氧气,阴极上氢离子得到电子生成氢气;据以上分析解答。
【详解】
(1)A1原子的核电荷数为13,原子结构示意图为
;A1与NaOH溶液反应的离子方程式为:
2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑;
(2)“碱溶”时氧化铝与碱反应生成偏铝酸钠,离子方程式为:
Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O;
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3得到氧气和铝;电解过程中作阳极的石墨易消耗,是因为阳极生成的氧气与阳极材料碳反应,不断被消耗;
(4)由图可知,阳极区水失去电子生成氧气,剩余的氢离子结合碳酸根生成碳酸氢根,电极方程式为4CO32-+2H2O-4e-═4HCO3-+O2↑,阴极上氢离子得到电子生成氢气,则阴极产生的物质A的化学式为H2。
8.利用含铬废料(主要含Cr2O3,还含有FeO、SiO2、Al2O3等杂质)制备重铬酸钠,实现清洁化工生产,工艺流程如图:
回答下列问题:
(1)焙烧Cr2O3转化为Na2CrO4的化学反应方程式是_____;
(2)实验室模拟此工业流程①,控制反应温度60℃的方法是_____;
(3)流程②用石墨做电极电解Na2CrO4溶液,制备Na2Cr2O7,其原理如图所示,a是_____极;电极Ⅱ的电极反应式是_____;当生成2molNa2Cr2O7时,电路中转移的电子_____mol;
(4)由下图和下表中的溶解度变化,流程③制备K2Cr2O7,应先充分加热,然后_____反应才能顺利进行;
重铬酸钠的溶解度表:
温度℃
10
20
40
60
80
100
溶解度%
61.6
62.8
65.1
71.8
78.7
81.1
(5)为进一步减少制得的K2Cr2O7晶体中NaCl等杂质,应再进行_____操作;
(6)流程④Na2Cr2O7溶液与乙醇反应,乙醇可能被氧化为_____(写一种即可)。
【答案】2Cr2O3+4Na2CO3+3O2
4Na2CrO4+4CO2水浴加热负极4OH-―4e-=2H2O+O2↑或2H2O-4e-=O2↑+4H+4冷却结晶(降低温度)重结晶乙醛(CH3CHO)、乙酸(CH3COOH)、二氧化碳(CO2)等
【解析】
【分析】
利用含铬废料(主要含Cr2O3,还含有FeO、SiO2、Al2O3等杂质)制备重铬酸钠。
将铬铁矿和碳酸钠、空气混合焙烧,发生反应得到Na2CrO4、NaAlO2、Na2SiO3等和CO2,然后在60℃时调节溶液的pH=6.5,用盐酸浸取后过滤,得到的滤渣中主要含有硅酸、氢氧化铁、氢氧化铝等,滤液中含有Na2CrO4和NaCl,然后用石墨做电极电解Na2CrO4溶液,制备Na2Cr2O7,在Na2Cr2O7溶液中加入氯化钾固体可以制得K2Cr2O7,在Na2Cr2O7溶液中加入稀硫酸和乙醇,可以制得NaCr(SO4)2,据此分析解答。
【详解】
(1)Cr2O3与碳酸钠在空气中焙烧反应生成Na2CrO4的化学反应方程式为2Cr2O3+4Na2CO3+3O2
4Na2CrO4+4CO2,故答案为:
2Cr2O3+4Na2CO3+3O2
4Na2CrO4+4CO2;
(2)可以采用水浴加热的方法,控制反应温度60℃,故答案为:
水浴加热;
(3)Na2CrO4溶
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