Question

14．无水AlCl₃可用有机合成的催化剂，食品膨松剂等．已知AlCl₃、FeCl₃分别在183℃、315℃时升华，无水AlCl₃遇潮湿空气即产生大量白雾，
工业上由铝土矿（主要成分是Al₂O₃和Fe₂O₃）和石油焦（主要成分是碳单质）制备无水AlCl₃的流程如图1：

（1）焙烧炉中发生反应：①Fe₂O₃（s）+3C（s）?2Fe（s）+3CO（g）；
②3CO（g）+Fe₂O₃（s）?2Fe（s）+3CO₂（g）
则反应②的平衡常数的表达式为K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$．
（2）氯化炉中Al₂O₃、Cl₂和C在高温下发生反应的化学方程式为A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2A1C1₃+3CO；炉气中含有大量CO和少量Cl₂，可用Na₂SO₃溶液除去Cl₂，其离子方程式为SO₃^2-+C1₂+H₂O═SO₄^2-+2C1^-+2H⁺．
（3）精制无水AlCl₃的合格品中，AlCl₃的质量分数不得低于96%．现称取16.25g精制后的无水AlCl₃样品，溶于过量的NaOH溶液，过滤出沉淀物，沉淀物经洗涤、灼烧、冷却、称重，其残留固体质量为0.16g．该样品中AlCl₃的质量分数为98%．
（4）实验室可用下列装置制备无水AlCl₃．装置A中的化学反应方程式为MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O装置B、C中应盛放的试剂名称分别为饱和食盐水、浓硫酸，F中所盛放试剂是浓硫酸其作用是防止水蒸气进入E装置．

Answer 1

分析 铝土矿加入碳焙烧后加入氧化铝和铁于氯化炉中发生反应氧化铝解饿碳和氯气加热反应生成氯化铝和一氧化碳，AlCl₃、FeCl₃分别在183℃、315℃时升华，控制温度升华氯化铝得到；
（1）依据反应②化学方程式书写表达式，用生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积；
（2）根据工艺流程可知升华器中含有AlCl₃等，所以Al₂O₃、C1₂和C反应会生成A1C1₃，由冷凝器尾气可知还会生成CO；Cl₂有强氧化性，将SO₃^2-氧化为SO₄^2-，自身被还原为2C1^-；
（3）制备无水AlCl₃含有杂质FeCl₃，残留固体质量为0.32g为Fe₂O₃，根据铁原子守恒计算FeCl₃质量，进而计算出AlCl₃的质量，再根据产品的纯度定义计算．
（4）A中的反应是二氧化锰和浓盐酸加热发生的反应，根据所给的装置图可知，B中的试剂为饱和食盐水是为了除去混有的HCl气体，C中是浓硫酸目的是除去水蒸气；因为氯化铝易发生水解，故应该防止空气中的水蒸气进入E装置，而G是吸收空气中的CO₂，所以F中试剂为浓硫酸防止水蒸气进入E收集瓶．

解答 解：Ⅰ、（1）②3CO（g）+Fe₂O₃（s）?2Fe（s）+3CO₂（g），反应②的平衡常数的表达式为K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；
故答案为：$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；
（2）根据工艺流程可知氯化炉的产物，经冷却、升华可制备无水AlCl₃，说明氯化炉的产物中含有A1C1₃，冷凝器尾气含有CO，所以Al₂O₃、C1₂和C反应，生成A1C1₃和CO，反应方程式为A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2A1C1₃+3CO，Cl₂有强氧化性，将SO₃^2-氧化为SO₄^2-，自身被还原为2C1^-．反应离子方程式为SO₃^2-+C1₂+H₂O═SO₄^2-+2C1^-+2H⁺，
故答案为：A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2A1C1₃+3CO；SO₃^2-+C1₂+H₂O═SO₄^2-+2C1^-+2H⁺；
（3）除杂过程中铁离子与氢氧根离子结合成氢氧化铁沉淀，铝离子与氢氧根离子结合成偏铝酸根和水，离子方程式为：Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，根据铁原子守恒，令含有杂质FeCl₃质量为m，则：
Fe₂O₃～～～～～2FeCl₃
160 325
0.16g m
解得，m=0.325g，
所以AlCl₃产品的纯度为$\frac{16.25g-0.325g}{16.25g}$×100%=98%，
故答案为：98%；
（4）A中的反应是二氧化锰和浓盐酸加热发生的反应，化学方程式为：MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，根据所给的装置图可知，B中的试剂为饱和食盐水是为了除去混有的HCl气体，C中是浓硫酸目的是除去水蒸气；因为氯化铝易发生水解，故应该防止空气中的水蒸气进入E装置，而G是吸收空气中的CO₂，所以F中试剂为浓硫酸防止水蒸气进入E收集瓶；
故答案为：MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，饱和食盐水，浓硫酸，浓硫酸，防止水蒸气进入E装置；

点评 本题考查学生对于工艺流程原理的理解、对操作与实验条件控制的理解等，涉及常用化学用语书写、化学计算、分离提纯等，需要学生具备扎实的基础与综合运用能力，难度中等．