Question

17．无水氯化铝在生产、生活中应用广泛．
（1）氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体，其反应的离子方程式为Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺．
（2）工业上用铝土矿（主要成分为Al₂O₃，含有Fe₂O₃、SiO₂等杂质）制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下：

已知：

物质	SiCl4	AlCl3	FeCl3	FeCl2
沸点/℃	57.6	180（升华）	300（升华）	1023

①步骤Ⅰ中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多，其作用是防止后续步骤生成的AlCl₃水解或增大反应物的接触面积，加快反应速率（只要求写出一种）．
②步骤Ⅱ中若不通入氯气和氧气，则反应生成相对原子质量比硅大的单质是Fe或铁．
③已知：
Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（s）+3CO（g）△H₁=+1344.1kJ•mol^-1
2AlCl₃（g）=2Al（s）+3Cl₂（g）△H₂=+1169.2kJ•mol^-1
由Al₂O₃、C和Cl₂反应生成AlCl₃的热化学方程式为Al₂O₃（s）+3C（s）+3Cl₂（g）=2AlCl₃（g））+3CO（g）△H=+174.9KJ/mol．
④步骤Ⅲ的经冷却至室温后，气体用足量的NaOH冷溶液吸收，生成的盐主要有3种，其化学式分别为NaCl、NaClO、Na₂CO₃ ．
⑤结合流程及相关数据分析，步骤Ⅴ中加入铝粉的目的是除去FeCl₃，提高AlCl₃纯度．

Answer 1

分析 （1）胶体具有吸附性，氯化铝能净水是因为：氯化铝为强酸弱碱盐，铝离子能水解生成氢氧化铝胶体，据此书写水解方程式；
（2）用铝土矿制取无水氯化铝工艺流程：铝土矿粉和焦炭在300℃焙烧，固体水分挥发、气孔数目增多，固体混合物和氯气、氧气在950℃加热，Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂先被焦炭还原为Al、Fe、Si，该过程生成CO，后Al、Fe、Si分别和Cl₂反应生成对应的氯化物，即SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃，CO和O₂反应生成CO₂，后冷却到100℃，尾气为CO₂、多余的Cl₂，O₂，SiCl₄，以及AlCl₃和FeCl₃变成固体，得到氯化铝的粗品，加入氯化钠熔融，铝的金属活动性强于铁，加铝粉，可以将氯化铝的粗品中的氯化铁中的铁置换出来，生成铁和氯化铝，在300℃，废渣为Fe，得到成品氯化铝，
①步骤1中焙烧固体：水分挥发其作用是防止后续步骤生成的水解，气孔数目增多其作用是增大反应物的接触面积，加快反应速率；
②根据物质中含有的元素组成可知：若步骤Ⅱ中不通入氯气和氧气，则焦炭还原氧化铁反应生成相对原子质量比硅大的单质是铁；
③根据盖斯定律结合已知方程式构建目标方程式求解；
④步骤Ⅲ经冷却至室温后，气体用足量的NaOH冷溶液吸收，Cl₂和NaOH溶液反应生成NaCl、NaClO和H₂O，CO₂和NaOH溶液反应生成Na₂CO₃和H₂O；
⑤在氯化铝的粗品中加入NaCl后熔融能降低FeCl₃的熔点，由于铝的活动性比铁强，在步骤V中加入铝粉，就可以将铁置换出来，达到除去杂质，提高AlCl₃纯度的目的．

解答 解：（1）氯化铝是强酸弱碱盐，在溶液中铝离子发生水解反应产生氢氧化铝胶体，胶体具有吸附性，所以能净水，其反应的离子方程式为：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，
故答案为：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺；
（2）①步骤1中铝土矿粉和焦炭在300℃焙烧，因后续步骤反应生成氯化铝等强酸弱碱盐易水解，固体水分在焙烧的过程中挥发，防止后续步骤生成的盐水解、气孔数目增多增大反应物的接触面积，加快反应速率，
故答案为：防止后续步骤生成的AlCl₃水解或增大反应物的接触面积，加快反应速率；
②根据物质中含有的元素组成可知：若步骤Ⅱ中不通入氯气和氧气，Fe₂O₃与焦炭发生氧化还原反应，则反应生成相对原子质量比硅大的单质是铁，
故答案为：Fe或铁；
③Ⅰ、Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（s）+3CO（g）△H₁=+1344.1kJ•mol^-1
Ⅱ、2AlCl₃（g）=2Al（s）+3Cl₂（g）△H₂=+1169.2kJ•mol^-1
根据盖斯定律，将Ⅰ-Ⅱ可得：Al₂O₃（s）+3C（s）+3Cl₂（g）=2AlCl₃（g））+3CO（g）△H=（+1344.1kJ•mol^-1）-（+1169.2kJ•mol^-1）=+174.9KJ/mol，
故答案为：Al₂O₃（s）+3C（s）+3Cl₂（g）=2AlCl₃（g））+3CO（g）△H=+174.9KJ/mol；
④步骤Ⅲ经冷却至室温后，气体用足量的NaOH冷溶液吸收，Cl₂和NaOH溶液反应生成NaCl、NaClO和H₂O，CO₂和NaOH溶液反应生成Na₂CO₃和H₂O，所以生成的盐的化学式为NaCl、NaClO和Na₂CO₃，
故答案为：NaCl、NaClO、Na₂CO₃；
⑤步骤Ⅲ得到氯化铝的粗品，加入氯化钠熔融能降低FeCl₃的熔点，铝的金属活动性强于铁，加铝粉，可以将氯化铝的粗品中的氯化铁中的铁置换出来，生成铁和氯化铝，因AlCl₃在180℃升华，在300℃，废渣为Fe，冷却得到成品氯化铝，
故答案为：除去FeCl₃，提高AlCl₃纯度．

点评 本题考查工业上用铝土矿盐制取无水氯化铝工艺，涉及硅、铁、铝及其化合物的性质，注意盐的水解、生产流程反应条件的控制、热化方程式的书写、物质反应条件与产物的确定等，题目难度中等．