2021版高考化学一轮复习课时提升作业七从铝土矿到铝合金含解析苏教版

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从铝土矿到铝合金 ‎1.在标准状况下进行甲、乙、丙三组实验:各取30 mL同浓度的盐酸溶液,加入不同质量的同一种镁铝合金粉末,产生气体,有关数据记录如下:‎ 实验序号 甲 乙 丙 合金质量(g)‎ ‎0.255‎ ‎0.385‎ ‎0.459‎ 生成气体体积(mL)‎ ‎280‎ ‎336‎ ‎336‎ 试回答:‎ ‎(1)计算出盐酸的物质的量浓度为__________mol·L-1(保留两位有效数字)。 ‎ ‎(2)镁、铝的物质的量之比为________。 ‎ ‎【解析】(1)盐酸完全反应生成氢气336 mL,氢气的物质的量为 ‎=0.015 mol,根据氢元素守恒可知n(HCl)=2n(H2)=2×0.015 mol=0.03 mol,故盐酸的物质的量浓度为=1.0 mol·L-1;‎ ‎(2)甲中盐酸有剩余,金属完全反应,此时生成氢气280 mL,故可以根据甲组数据计算金属的物质的量之比,令镁、铝的物质的量分别为x mol、y mol,根据二者质量可知24x+27y=0.255,根据电子转移守恒有2x+3y=×2,联立方程解得:x=0.005、y=0.005,故合金中镁与铝的物质的量之比为0.005 mol∶‎ ‎0.005 mol=1∶1。‎ 答案:(1)1.0　(2) 1∶1‎ ‎2.某校化学兴趣小组用下图所示过程除去AlCl3中含有的Mg2+、K+杂质并尽可能减少AlCl3的损失。请回答下列问题:‎ 11‎ ‎(1)写出混合物中加入足量氢氧化钠溶液时,溶液中发生反应的离子方程式____、 ____、 ____。 ‎ ‎(2)氢氧化钠溶液能否用氨水代替,为什么? __。 ‎ ‎(3)溶液a中存在的离子有__; ‎ 在溶液a中加入盐酸时需控制盐酸的量,为什么?__; ‎ 为此,改进方法是__。 ‎ ‎【解析】(1)向混合物中加入足量氢氧化钠溶液时,发生的反应为Mg2++2OH-‎ Mg(OH)2↓、Al3++3OH-Al(OH)3↓、Al(OH)3+OH-Al+2H2O。‎ ‎(2)不能用氨水代替NaOH溶液,因为在Al3+与氨水反应生成Al(OH)3后,Al(OH)3不能与氨水继续反应,从而不能将Al(OH)3与Mg(OH)2分开。‎ ‎(3)溶液a中存在Cl-、K+、Al、H+、OH-、Na+,因为氢氧化铝能与强酸反应,所以在加入盐酸沉淀Al时,需要控制盐酸的量,以防止部分铝转化成Al3+;‎ Al(OH)3不与二氧化碳反应,可通入二氧化碳气体。‎ 答案:(1)Mg2++2OH-Mg(OH)2↓‎ Al3++3OH-Al(OH)3↓‎ Al(OH)3+OH-Al+2H2O ‎(2)不能,因为在Al3+与氨水反应生成Al(OH)3后,Al(OH)3不能与氨水继续反应,从而不能将Al(OH)3与Mg(OH)2分开　(3)Cl-、K+、Al、H+、OH-、Na+　因为氢氧化铝能与强酸反应,所以在加入盐酸沉淀Al时,需要控制盐酸的量,以防止部分铝转化成Al3+　通入过量二氧化碳气体 ‎3.Na与Al混合物共1 mol与足量的水充分反应。(已知:2Al+ 2NaOH +2H2O ‎2NaAlO2+3H2↑)‎ ‎(1)当Na与Al的物质的量之比为________时,混合物与水反应产生的H2最多。 ‎ ‎(2)当Na与Al的物质的量之比为________时,混合物与水反应产生的H2的体积为13.44 L(标准状况下)。 ‎ ‎【解析】(1)当Na与Al恰好反应时,混合物与水反应产生的氢气最多,根据化学反应2Na+2H2O2NaOH+H2、2Al+ 2NaOH +2H2O2NaAlO2+3H2↑,所以当Na与Al的物质的量之比为1∶1时,混合物与水反应产生的氢气最多。‎ 11‎ ‎(2)13.44 L氢气的物质的量为0.6 mol,设Na与Al以物质的量之比1∶1发生反应生成氢气,根据化学方程式2Na+2H2O2NaOH+H2↑、2Al+ 2NaOH +2H2O ‎2NaAlO2+3H2↑,得总反应方程式为2Na+2Al+4H2O2NaAlO2+4H2↑,则参加反应的Na为0.3 mol,参加反应的Al为0.3 mol,还有0.4 mol Al没有反应,则Na与Al的物质的量之比为3∶7;1 mol Na完全反应生成0.5 mol氢气,实际上生成氢气0.6 mol,则Al一定参加反应,设参加反应的Na为x mol,参加反应的Al为y mol,根据反应2Na+2H2O2NaOH+H2↑、2Al+2NaOH +2H2O2NaAlO2+ 3H2↑,0.5x+1.5y ‎=0.6,x+y=1,解得x=0.9 mol,y=0.1 mol,所以Na与Al的物质的量之比为9∶1。‎ 答案:(1)1∶1　(2)9∶1(或3∶7)‎ ‎4.铝是一种应用广泛的金属,工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。‎ ‎①铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下: ‎ ‎②以萤石(CaF2)和纯碱为原料制备冰晶石的流程如下:‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)写出反应1的化学方程式: __。 ‎ ‎(2)滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是________,反应2的离子方程式为__。 ‎ ‎(3)E可作为建筑材料,化合物C是________,写出由D制备冰晶石的化学方程式:__。 ‎ ‎(4)电解法制铝的化学方程式是__, ‎ 以石墨为电极,阳极产生的混合气体的成分是____________。 ‎ ‎【解析】(1)在加入NaOH溶液时,Al2O3和SiO2都能与NaOH反应,分别生成NaAlO2和Na2SiO3。(2)加入CaO后,Si与Ca2+结合生成难溶物CaSiO3;滤液Ⅱ中主要含有Al,通入CO2后生成沉淀Al(OH)3,煅烧后生成Al2O3。(3)萤石能与浓硫酸反应生成CaSO4和HF 11‎ 气体;HF、Na2CO3、Al(OH)3三者均没有发生氧化还原反应,根据质量守恒定律可写出化学方程式。(4)电解Al2O3制取金属铝,加入的冰晶石为助熔剂;阳极产生的O2能与石墨电极反应生成CO2(可能含有CO)。‎ 答案:(1)2NaOH+SiO2Na2SiO3+H2O、2NaOH+Al2O32NaAlO2+H2O ‎(2)CaSiO3　2Al+3H2O+CO22Al(OH)3↓+C[或Al+2H2O+CO2Al(OH)3↓+HC]‎ ‎(3)浓硫酸　12HF+3Na2CO3+2Al(OH)32Na3AlF6+3CO2+9H2O ‎(4)2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ O2、CO2(CO)‎ ‎5.如图是一些常见的单质、化合物之间的转化关系图,有些反应中的部分物质被略去。常温常压下,A为无色有毒气体,B为红棕色粉末,C、E为金属单质,反应①②均为工业上的重要反应。‎ 请回答下列问题:‎ ‎(1)D是________,K是________;(填化学式) ‎ ‎(2)写出B与C高温反应生成E和F的化学方程式: __; ‎ ‎(3)写出D与J溶液反应生成G的离子方程式: __; ‎ ‎(4)写出图中I生成L的离子方程式: __。 ‎ ‎【解析】反应①为工业上的重要反应,B为红棕色粉末,A为无色有毒气体,E为金属单质,可以推断此反应是工业上高炉炼铁的反应,所以A是CO,B是Fe2O3,CO与Fe2O3在高温条件下生成Fe和CO2,D能够与氢氧化钠溶液反应生成G,且G受热分解生成J,所以D是CO2,G是NaHCO3,J是Na2CO3;E是Fe,Fe与盐酸反应生成H,H与Cl2生成K,K与Fe反应生成H,K与H可以相互转化,所以H是FeCl2,K是FeCl3;‎ Fe2O3在高温下与金属单质C反应生成Fe,且该反应是工业上的重要反应,所以该反应是铝热反应,所以F是Al2O3,氧化铝与盐酸反应生成I,I与过量氢氧化钠溶液反应生成L,所以I是AlCl3,L是NaAlO2,所以A是CO,B是Fe2O3,C是Al,D是CO2,E是Fe,F是Al2O3,G是NaHCO3,H是FeCl2,I是AlCl3 ,J是Na2CO3,K是FeCl3, L是NaAlO2。‎ 11‎ ‎(1)根据上述推断可知:D是CO2, K是FeCl3;‎ ‎(2)Al与Fe2O3在高温条件下反应生成Fe和Al2O3,其化学方程式:Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe;‎ ‎(3)D是CO2,J是Na2CO3,将CO2气体通入Na2CO3溶液中生成NaHCO3,其反应的离子方程式:CO2+C+H2O2HC;‎ ‎(4)在AlCl3溶液中加入过量氢氧化钠,先生成氢氧化铝沉淀,氢氧化钠过量,沉淀溶解,生成偏铝酸钠溶液,其反应的离子方程式:Al3++4OH-Al+2H2O。‎ 答案:(1)CO2　FeCl3‎ ‎(2)Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe ‎(3)CO2+C+H2O2HC ‎(4)Al3++4OH-Al+2H2O ‎1.某无色溶液中可能含有H+、OH-、Na+、N,加入铝粉后,只产生H2,问该无色溶液中能大量存在哪几种离子。‎ ‎(1)加入铝粉产生H2,说明铝具有__________(填“氧化性”或“还原性”)。 ‎ ‎(2)若H+大量存在,则N就不能大量存在。设计实验证实如下:‎ 装置 现象 Ⅰ.实验初始,未见明显现象 Ⅱ.过一会儿,出现气泡,液面上方呈浅棕色 Ⅲ.试管变热,溶液沸腾 ‎①盐酸溶解Al2O3薄膜的离子方程式是 __。 ‎ ‎②根据现象Ⅱ,推测溶液中产生了NO,为进一步确认,进行如下实验:‎ 实验 内容 现象 实验1‎ 将湿润KI-淀粉试纸置于空气中 试纸未变蓝 实验2‎ 用湿润KI-淀粉试纸检验浅棕色气体 试纸变蓝 11‎ a.浅棕色气体是__________ 。 ‎ b.实验1的目的是__。 ‎ c.实验1、2说明反应生成了NO,将生成NO的离子方程式补充完整:‎ ‎____Al+____N+__ ____Al3++____NO↑+____ ‎ ‎(3)再假设:若OH-大量存在,N也可能不大量存在。‎ 重新设计实验证实如下:‎ 装置 现象 Ⅰ.实验初始,未见明显现象 Ⅱ.过一会儿,出现气泡,有刺激性气味 为确认:“刺激性气味”气体,进行如下实验:用湿润KI-淀粉试纸检验,未变蓝;用湿润红色石蕊试纸检验,试纸变蓝。‎ ‎①刺激性气味的气体是________。 ‎ ‎②产生该气体的离子方程式是__。 ‎ ‎(4)在NaOH溶液中加入铝粉,结果只检验出有H2生成,其化学方程式是__。 ‎ ‎【解析】(1)加入铝粉产生H2, Al为还原剂,具有还原性。‎ ‎(2)①盐酸与氧化铝反应的离子反应方程式为6H++Al2O32Al3++3H2O。‎ ‎②液面上方呈浅棕色,一定不是氢气,为氮的氧化物,将湿润KI-淀粉试纸置于空气中未变蓝,说明KI在空气中不能被氧化,而用湿润KI-淀粉试纸检验浅棕色气体试纸变蓝,则KI被氧化,即二氧化氮与水反应生成硝酸,再氧化碘离子生成碘单质。‎ a.由上述分析可知,浅棕色气体是NO2;‎ b.实验1的目的是对比实验;‎ c.Al与H+、N发生反应的离子方程式为Al+N+4H+Al3++NO↑+2H2O。‎ ‎(3)①用湿润KI-淀粉试纸检验,未变蓝;用湿润红色石蕊试纸检验,试纸变蓝,则气体为NH3。‎ ‎②由上述分析可知,碱性条件下Al与N发生反应的离子方程式为8Al+3N+‎ ‎5OH-+2H2O3NH3↑+8Al。‎ ‎(4)NaOH溶液中加入铝粉,反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+‎ ‎3H2↑。‎ 11‎ 答案:(1)还原性 ‎(2)①6H++Al2O32Al3++3H2O ‎②a.NO2　b.对比实验,排除氧气使湿润的KI-淀粉试纸变蓝的可能 c.1　1　4H+　1　1　2H2O ‎(3)①NH3　②8Al+3N+5OH-+2H2O3NH3↑+8Al ‎(4)2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑‎ ‎2.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下:‎ 注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。‎ ‎(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为 __。 ‎ ‎(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH________(选填“增大”“不变”或“减小”)。 ‎ ‎(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)铝粉在1 000 ℃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__。 ‎ ‎【解析】(1)Al2O3为两性氧化物,在NaOH溶液中会溶解生成NaAlO2。(2)加入的NaHCO3与过量的NaOH反应,导致溶液的pH减小。(3)电解Al2O3时阳极上生成O2,O2会氧化石墨。‎ 答案:(1)Al2O3+2OH-2Al+H2O ‎(2)减小 ‎(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化 ‎(4)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜 ‎3.从铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝通常有两种工艺。因向铝土矿中加入NaOH时形成的赤泥(残渣)中常含有铝硅酸钠,故流程乙常处理SiO2含量小于8%的铝土矿,若SiO2含量较高则可采用流程甲来处理。‎ 11‎ 请回答下列问题:‎ ‎(1)流程甲加入盐酸后生成Al3+的离子方程式为_________________。 ‎ ‎(2)流程乙加入烧碱后生成Si的离子方程式为____________________ 。 ‎ ‎(3)流程甲滤液D中通入过量CO2的化学方程式为___________________。 ‎ ‎(4)“通入过量CO2”能否改用盐酸________ ,原因是__________ 。 ‎ ‎(5)滤液E、K中溶质的主要成分是________(填化学式),写出该溶质的一种用途________。 ‎ ‎【解析】由工艺流程甲可知,铝土矿与盐酸反应得固体A和滤液B,则固体A为SiO2,滤液B含有氯化铝、氯化铁、氯化镁等,滤液中加入过量的NaOH,可推知沉淀C为氢氧化铁、氢氧化镁,滤液D含有偏铝酸钠、氯化钠,所以向滤液D中通入过量二氧化碳,生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠,沉淀F为Al(OH)3,滤液E中含有NaCl、NaHCO3;根据工艺流程乙可知,铝土矿中的Al2O3、SiO2能和氢氧化钠反应,可知固体X为Fe2O3、MgO等,滤液Y为硅酸钠、偏铝酸钠,滤液中通入过量二氧化碳,沉淀Z为Al(OH)3、硅酸,滤液K中含有NaHCO3。(1)Al2O3与盐酸反应生成氯化铝和水,氧化物不能拆,离子方程式为:Al2O3+6H+2Al3++3H2O;‎ ‎(2)二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水,二氧化硅不能拆,故离子反应方程式为:SiO2+2OH-Si+H2O;‎ ‎(3)流程甲滤液D含有偏铝酸钠,通入过量CO2反应生成氢氧化铝沉淀,反应的化学方程式为NaAlO2+CO2+2H2OAl(OH)3↓+NaHCO3;‎ ‎(4)“通入过量CO2”不能改用盐酸,因为Al(OH)3沉淀会溶于过量的盐酸中;‎ ‎(5)滤液B中加入过量NaOH,生成Fe(OH)3沉淀、Mg(OH)2沉淀和NaAlO2;过滤,滤液D中含有NaAlO2、NaCl和过量的NaOH,向滤液D中通入过量CO2,NaAlO2和CO2反应生成氢氧化铝沉淀,NaOH和过量的CO2反应生成NaHCO3;过滤,滤液E中溶质的主要成分为NaHCO3;滤液Y中通入过量CO2,硅酸钠反应生成硅酸,NaAlO2生成氢氧化铝,过量的NaOH和过量的CO2反应生成NaHCO3;过滤,滤液K中溶质的主要成分为NaHCO3;NaHCO3的用途很多,如制纯碱或做发酵粉等。‎ 答案:(1)Al2O3+6H+2Al3++3H2O 11‎ ‎(2)SiO2+2OH-Si+ H2O ‎(3)NaAlO2+CO2+2H2OAl(OH)3↓+NaHCO3‎ ‎(4)不能　Al(OH)3沉淀会溶于过量的盐酸中 ‎ ‎(5)NaHCO3　制纯碱或作发酵粉等 ‎ ‎4.实验室采用MgCl2、AlCl3的混合溶液与过量氨水反应制备MgAl2O4的主要流程如下:‎ ‎(1)制备MgAl2O4过程中,高温焙烧时发生反应的化学方程式为__。 ‎ ‎(2)判断流程中沉淀是否洗净所用的试剂是__。 ‎ ‎(3)在25 ℃下,向浓度均为0.01 mol·L-1的AlCl3和MgCl2混合溶液中逐滴加入足量氨水,生成沉淀的离子方程式: __。 ‎ ‎(4)无水AlCl3(183 ℃升华)遇潮湿空气即产生大量白雾,实验室可用下列装置制备。‎ 装置B中盛放饱和NaCl溶液,该装置的主要作用是__; ‎ F中试剂的作用是__。 ‎ ‎(5)将Mg、Cu组成的3.92 g混合物投入过量稀硝酸中,充分反应后,固体完全溶解时收集到还原产物NO气体1.792 L(标准状况),向反应后的溶液中加入 ‎4 mol·L-1的NaOH溶液80 mL 时金属离子恰好完全沉淀。则形成沉淀的质量为________g。 ‎ ‎【解析】(1)MgCl2、AlCl3的混合溶液中加入过量氨水,过滤所得沉淀为Al(OH)3和Mg(OH)2,故反应为2Al(OH)3+Mg(OH)2MgAl2O4+4H2O。‎ ‎(2)根据反应流程,沉淀中附着氯离子和铵根离子,若判断是否洗净,可以取少量最后一次洗涤液,加入AgNO3溶液(或硝酸酸化的AgNO3溶液)进行判断,若生成白色沉淀,则说明没有洗涤干净;若没有沉淀生成,则说明已经洗涤干净。‎ 11‎ ‎(3)加入足量氨水,生成Al(OH)3、Mg(OH)2,一水合氨是弱碱,书写离子方程式时不能拆开,且生成沉淀不再溶解,离子方程式为Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3N 、Mg2++2NH3·H2O Mg (OH)2↓+2N。‎ ‎(4)B中的饱和食盐水是为了除去混有的HCl气体;因为氯化铝易发生水解,故应该防止水蒸气进入E装置,F中试剂的作用是吸收水蒸气。‎ ‎(5)设Mg和Cu的物质的量分别为a mol、b mol,根据电子守恒可得:2a+2b=0.08‎ ‎×3,则a+b=0.12,m(沉淀)=m(金属)+m(OH-)=3.92 g+0.12 mol×2×17 g·mol-1=‎ ‎8.00 g。‎ 答案:(1)2Al(OH)3+Mg(OH)2MgAl2O4+4H2O ‎(2)AgNO3溶液(或硝酸酸化的AgNO3溶液)‎ ‎(3)Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3N,‎ Mg2++2NH3·H2O Mg (OH)2↓+2N ‎(4)除去HCl　吸收水蒸气 ‎(5)8.00‎ ‎5.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。工业上常以钒土矿为原料来冶炼金属铝。已知:钒土的主要成分是Al2O3(其中含有Fe2O3、SiO2等杂质)。为了检测某钒土矿样中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,得到如图所示的变化关系。请根据有关数据回答下列问题:‎ ‎(1)写出滴加NaOH溶液24～30 mL时发生反应的离子方程式:__。 ‎ ‎(2)最后所得不溶于NaOH溶液的沉淀的化学式为________,其物质的量为________。 ‎ ‎(3)该钒土矿样中Al2O3的质量分数为________。 ‎ ‎(4)工业上制取金属铝的化学反应原理可表示为 11‎ ‎2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑‎ 用10.0 t钒土矿样提纯所得的Al2O3(提纯过程的损耗忽略不计)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24～30 mL段Al(OH)3逐渐溶解,离子方程式为Al(OH)3‎ ‎+OH-Al+2H2O。‎ ‎(2)①中加入过量盐酸过滤后得到的滤液中含有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NaOH、NaAlO2和NaCl。根据24～30 mL段,n(Al3+)=n[Al(OH)3]=2.0 mol·L-1×(30-24)×10-3 L ‎=0.012 mol,根据Fe3++3OH-Fe(OH)3↓、Al3++3OH-Al(OH)3↓,则3n(Al3+)+‎ ‎3n(Fe3+)=(24-3)×10-3 L×2.0 mol·L-1=0.042 mol,故n(Fe3+)=(0.042 mol-‎ ‎0.012 mol×3)×=0.002 mol,故Fe(OH)3=0.002 mol。‎ ‎(3)10.0 g矿样中n(Al2O3)=0.012 mol××10=0.06 mol,故Al2O3的质量分数为 ‎×100%=61.2%。‎ ‎(4)根据Al2O3～2Al,用10.0 t 钒土矿样提纯并电解,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-Al+2H2O ‎(2)Fe(OH)3　2.00×10-3 mol　(3)61.2%‎ ‎(4)3.24　2O2--4e-O2↑‎ 11‎