题目内容

5．铝是一种重要的金属，在生产、生活中具有许多重要的用途，如图是从铝土矿中制备铝的工艺流程：

已知：①铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质；
②溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠反应，能生成硅铝酸盐沉淀，化学反应方程式为2Na2SiO3+2NaAlO2+2H2O═Na2Al2Si2O8↓+4NaOH．
（1）铝土矿中的Al2O3与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O；
（2）在工艺流程中“酸化”时，加入的最佳物质B是CO2，理由是氢氧化铝不溶于弱酸，写出酸化过程发生反应的化学方程式CO2+AlO2-+H2O=Al（OH）3↓+HCO3-．；
（3）工业上用Al2O3与C、Cl2在高温条件下反应制取AlCl3，理论上每消耗6.0g碳单质，转移1mol电子，则反应的化学方程式为A12O3+3C12+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2A1C13+3CO；
（4）某同学推测铝与氧化铁发生铝热反应得到的熔融物中还含有Fe2O3，设计了如下方案来验证：取一块该熔融物投入到少量稀硫酸中，反应一段时间后，向反应后的混合液中滴加物质甲的溶液，观察溶液颜色的变化，即可证明熔融物中是否含有Fe2O3．
    ①物质甲是KSCN（填化学式），②请判断该同学设计的实验方案的合理性不合理（填“合理”或“不合理”）．原因是（若合理，则不用填写）Fe3+可能被Fe全部还原为Fe2+而不能使KSCN溶液变红．

分析 铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，加入足量的氢氧化钠，氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水，只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na2Al2Si2O8沉淀，过滤后得滤渣Fe2O3、Na2Al2Si2O8；滤液用二氧化碳酸化时，将NaAlO2完全转化为Al（OH）3，反应的离子方程式为：AlO2-+2H2O+CO2═HCO3-+Al（OH）3↓；过滤得氢氧化铝沉淀，灼烧得氧化铝，电解氧化铝得单质铝；
（1）氧化铝与NaOH溶液反应均生成偏铝酸钠和水；
（2）酸化是通入过量的二氧化碳气体，选用二氧化碳作酸化剂，可将Al元素全部转化为沉淀，因为氢氧化铝沉淀不溶于弱酸和弱碱；
（3）根据工业上用Al2O3与C、Cl2在高温条件下反应制取AlCl3，Al2O3、C12和C反应会生成A1C13，理论上每消耗6.0g碳单质，转移1mol电子，1molC反应电子转移2mol，则依据电子守恒得到反应后生成的气体为一氧化碳，结合原子守恒书写化学方程式；
（4）①用硫氰化钾溶液检验铁离子；
②铁离子能够与金属铁反应生成亚铁离子，该方案无法证明熔融物中是否含有氧化铁．

解答 解：铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，加入足量的氢氧化钠，氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水，只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na2Al2Si2O8沉淀，过滤后得滤渣Fe2O3、Na2Al2Si2O8；滤液用二氧化碳酸化时，将NaAlO2完全转化为Al（OH）3，反应的离子方程式为：AlO2-+2H2O+CO2═HCO3-+Al（OH）3↓；过滤得氢氧化铝沉淀，灼烧得氧化铝，电解氧化铝得单质铝．
（1）氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水，离子反应分别为Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O，
故答案为：Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O；
（2）选用二氧化碳作酸化剂，酸化是通入过量的B为二氧化碳气体，因为氢氧化铝沉淀不溶于弱酸和弱碱，可将Al元素全部转化为沉淀，反应的离子方程式为：CO2+AlO2-+H2O=Al（OH）3↓+HCO3-；
故答案为：CO2；氢氧化铝不溶于弱酸；CO2+AlO2-+H2O=Al（OH）3↓+HCO3-；
（3）工业上用Al2O3与C、Cl2在高温条件下反应制取AlCl3，理论上每消耗6.0g碳单质，转移1mol电子，1molC反应电子转移2mol，则依据电子守恒得到反应后生成的气体为一氧化碳，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\;}}{\;}$2A1C13+3CO，
故答案为：A12O3+3C12+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2A1C13+3CO；
（4）①氧化铁和稀硫酸反应生成硫酸铁，铁离子用硫氰化钾溶液检验，则加入甲为KSCN，
故答案为：KSCN；
②取一块该熔融物投入到少量稀硫酸中，向反应后的混合液中滴加物质硫氰化钾的溶液，Fe3+可能被Fe全部还原为Fe2+而不能使KSCN溶液变红，所以无法证明熔融物中不含有Fe2O3，所以该同学的实验方案不合理，
故答案为：不合理；Fe3+可能被Fe全部还原为Fe2+而不能使KSCN溶液变红．

点评 本题考查了无水AlCl3的工艺制备，涉及离子方程式书写、电解原理、转移电子数的计算、离子检验方法等，难度中等，培养了学生运用分析、比较、归纳等方法对所获取的信息进行初步加工和应用的能力．

练习册系列答案
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16．己烯雌酚是一种激素类药物，结构如图所示，下列有关叙述中不正确的是（　　）
A．该药物可以用有机溶剂萃取
B．该有机物可与NaOH和NaHCO3发生反应
C．1mol该有机物可以与5mol Br2发生反应
D．该有机物分子中，可能有16个碳原子共平面
17．某无色稀溶液X中，可能含有下表所列离子中的某几种．
阴离子CO32-、SiO32-、AlO2-、Cl-
阳离子Al3+、Fe3+、Mg2+、NH4+、Na+
现取该溶液适量，向其中加入某试剂Y，产生沉淀的物质的量（n）与加入试剂的体积（V）的关系如图所示．（铵根和偏铝酸根不能共存）
（1）若Y是盐酸，则X中一定含有的离子是SiO32-、AlO2-、CO32-、Na+，bc段发生反应的离子方程式为Al（OH）3+3H+═Al3++3H2O
（2）若Y是NaOH溶液，则X中一定含有的阴离子是Cl-，假设X溶液只含这几种离子，则溶液中各离子的物质的量之比为n（Al3+）：n（Mg2+）：n（NH4+）：n（Cl-）=2：1：3：11，ab段发生反应的离子方程式为NH4++OH-═NH3•H2O．
13．氮及其化合物在化学实验中有广泛应用：
（1）请写出实验室用Cu和稀硝酸反应制备NO的离子方程式：3Cu+8H++2NO3-═3Cu2++2NO↑+4H2O；
（2）请设计实验，检验某可溶性固体物质中含有NH${\;}_{4}^{+}$的操作、现象、结论：取少量待测固体（或先配制成浓溶液亦可）于试管中，加入过量浓的NaOH溶液，加热，在试管口放置湿润的红色石蕊试纸，产生无色有刺激性气味的气体，且试纸变蓝，则原溶液含有NH4+；
（3）实验室可用（NH4）2Cr2O7受热分解产生N2、Cr2O3和H2O来制备N2，请写出该分解反应的化学方程式：（NH4）2Cr2O7$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cr2O3+N2↑+4H2O；
（4）有人发现重铬酸铵分解产物不仅含N2、Cr2O3和H2O，还含有NH3和O2，并指出伴随有显著的副反应发生：
2（NH4）2Cr2O7$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr2O3+4NH3↑+2H2O+3O2↑；设计如图所示实验装置，并通过实验方法验证了NH3和O2的存在（忽略空气中O2的干扰）．
限选试剂：Na2S溶液、Na2SO3溶液、FeSO4溶液；
限选仪器：试管、玻璃导管、漏斗、烧杯、胶头滴管
①图中试管口玻璃纤维的作用是缓冲气流，防止固体被气流带进入导管，堵塞导管；
②根据实验目的，选择一种试剂和最佳的仪器补全该实验装置（在方框中画图并标注所选试剂）；
③写出该法验证NH3和O2存在的实验原理的化学方程式：2NH3+2H2O+FeSO4=Fe（OH）2↓+（NH4）2SO4、4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3（或8NH3+10H2O+4FeSO4+O2=4Fe（OH）3↓+4（NH4）2SO4）．
20．最近的研究发现，复合氧化物铁酸锰（MnFe2O4）可以用于热化学循环分解水制氢，因而受到许多发达国家的青睐．MnFe2O4的制备流程如下：

（1）原料Fe（NO3）n中n=3，投入原料Fe（NO3）n和Mn（NO3）2的质量之比应为484：179．
（2）步骤二中“连续搅拌”的目的是充分反应、沉淀完全；
步骤三中洗涤干净的标准最后一次洗涤液呈中性．
（3）利用MnFe2O4热化学循环制氢的反应可表示为
MnFe2O4$\frac{\underline{\;1000K\;}}{\;}$MnFe2O4-x+x/2O2↑；
MnFe2O4-x+xH2O→MnFe2O4+xH2↑．
请认真分析上述两个反应并回答下列问题：
①若MnFe2O4-x中x=0.6，则MnFe2O4-x中Fe2+占全部铁元素的百分率为60%．
②该热化学循环新氢法的优点有具有过程简单、无污染、物料廉价并可循环使用及氧气和氢气在不同步骤生成，因此不存在高温气体分离等优点（答两点即可）．
③该热化学循环法制氢尚有不足之处，进一步改进的研究方向是寻找合适的催化剂，使MnFe2O4分解温度降低或找分解温度更低的氧化物．
10．BaCl2•xH2O是用途广泛的基础化工产品．我国目前主要是用盐酸和硫化钡（含少量Mg2+、Fe3+等）反应生产BaCl2•xH2O，工艺流程如图所示．请回答：

已知：室温时Ksp[Mg（OH）2]=1.8×10-11   Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-38
（1）反应I中生成的H2S用足量氨水吸收，一定条件下向所得溶液中通人空气，又可得到单质硫并使吸收液再生，再生反应的化学方程式为2（NH4）2S+O2+2H2O=4NH3•H2O+2S↓．
（2）所得氯化钡粗液中含硫化合物（H2S、HS-等）影响产品质量，可鼓入预热后的空气吹除，预热空气的目的是升高温度，减小气体在溶液中的溶解度，利于吹除硫化氢；沉淀A的主要成分是硫．
（3）热空气吹除时会有部分HS-转变为S2O32-，使产品仍不能达到纯度要求，可再行酸化脱硫，酸化脱硫时的离子方程式为S2O32-+2H+=S↓+SO2 ↑+H2O．
（4）室温时，为使Mg2+、Fe3+完全沉淀（当溶液中离子浓度小于1×l05mol•L-1时认为该离子完全沉淀），应将溶液的pH调至$-lg\frac{1{0}^{-14}}{\sqrt{1.8×1{0}^{-6}}}$（只列算式）以上．
（5）实验室测定产品中x的步骤如下：
①准确称取12.23gBaCl2•xH2O样品，加入l00mL稀盐酸加热溶解；
②边搅拌，边逐滴加入0．lmol•L-1H2SO4溶液，待BaSO4完全沉淀，过滤，沉降后洗涤沉淀2-3次；
③将沉淀充分干燥后称量，质量为11.65g．
检验BaSO4沉淀是否洗涤干净的方法是取代最后一次洗涤液，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，或无溶液，则洗涤干净；经计算x的数值为2．
17．“蛟龙”号载人潜水器在南海的“蛟龙海山”海底发现了大面积的锰结核（即：锰的氧化物与其它金属氧化物的混合物）．锰及其化合物在现代工业中有极其重要的用途．工业上从锰结核中制取纯净的MnO2工艺流程如下图所示：

（1）为提高硫酸淋洗效果，需要对 富集后的矿石进行处理，处理的内容是将矿石粉碎，步骤Ⅰ中，试剂甲必须具有的性质是b（填序号）．
   a．氧化性    b．还原性    c．酸性
（2）操作Ⅲ的名称是过滤，若是在实验室中进行，需要用到的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗．
（3）已知溶液B中的产物之一（Q）可循环用于上述生产，试写出A与NaOH反应的化学方程式3Cl2+6NaOH=5NaCl+NaClO3+3H2O，虽然Q可循环利用，但有人认为生产中仍需要补充物质Q，理由是Cl2与NaOH反应时有一部分氯元素转化为NaCl，C的化学式为Na2SO4．
14．炼铁的还原剂CO是由焦炭和CO2反应而得．现将焦炭和CO2放入体积为2L的密闭容器中，高温下进行下列反应：C（s）+CO2（g）?2CO（g）△H=Q kJ/mol．如图为CO2、CO的物质的量n随时间t的变化关系图．下列说法正确的是（　　）
A．1～3min时，v（CO）=v（CO2）
B．当容器内的压强不变时，该反应一定达到平衡状态，且$\frac{P（平衡）}{P（开始）}＜1$
C．若3min时温度由T1升高到T2，则Q＞O，且$\frac{K（{T}_{2}）}{K（{T}_{1}）}$=4.7
D．5min时再充入一定量的CO，c、b曲线分别表示n（CO）、n（CO2）的变化
15．金刚石和石墨都是碳的单质，石墨在一定条件下可以转化为金刚石．已知12g石墨完全转化为金刚石时，要吸收EkJ的能量，下列说法正确的是（　　）
A．金刚石与石墨互为同位素
B．相同物质的量的石墨具有的能量比金刚石具有的能量高
C．金刚石不如石墨稳定
D．等质量的石墨与金刚石完全燃烧，石墨放出的能量多

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