Question

4．无水AlCl₃可用作有机合成的催化剂．利用铝土矿（主要成分是A1₂O₃和Fe₂O₃）为原料制备无水AlCl₃的工艺流程如下：

（1）焙烧炉中发生反应的化学方程式为Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2Fe+3CO．
（2）氯化炉中生成AlCl₃的反应中，被还原的元素是Cl；生成1mol AlCl₃理论上至少需消耗16g焦炭．
（3）氯化铝在加热时易升华，气态氯化铝的分子式为Al₂Cl₆，由此判断AlCl₃是共价（填“离子”或“共价”）化合物．升华器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，需加入Al，其作用是除去FeCl₃．
（4）AlCl₃产品中Fe元素含量直接影响其品质，为测定产品中Fe元素的含量，现称取14.0g无水AlCl₃样品，溶于过量的NaOH溶液，过滤出沉淀物，经洗涤、灼烧、冷却、称重，残留固体质量为0.32g．则产品中Fe元素的含量为1.6%．

Answer 1

分析 由工艺流程图可知，铝土矿与焦炭在焙烧炉中反应后物质为Al₂O₃、Fe及CO，应是Fe₂O₃与C反应生成Fe与CO，在氯化炉的产物中含有FeCl₃、A1C1₃、CO，应是Al₂O₃与C反应生成Al与CO，Al、Fe与氯气反应生成AlCl₃和FeCl₃，升华器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，升华制备无水AlCl₃，加入少量Al目的是除去FeCl₃．
（1）在焙烧炉中Fe₂O₃与C反应生成Fe与CO；
（2）元素化合价降低发生还原反应；氯化炉中生成氯化铝的总反应方程式为：A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2A1C1₃+3CO，根据方程式计算消耗焦炭的质量；
（3）氯化铝在加热时易升华，沸点低，属于分子晶体，为共价化合物；升华器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，升华制备无水AlCl₃，应除FeCl₃去；
（4）制备无水AlCl₃含有杂质FeCl₃，用过量的氢氧化钠溶液溶解，沉淀为氢氧化铁，最终残留固体质量为0.32g为Fe₂O₃，根据铁原子守恒计算Fe元素质量，进而计算产品中Fe元素的含量．

解答 解：由工艺流程图可知，铝土矿与焦炭在焙烧炉中反应后物质为Al₂O₃、Fe及CO，应是Fe₂O₃与C反应生成Fe与CO，在氯化炉的产物中含有FeCl₃、A1C1₃、CO，应是Al₂O₃与C反应生成Al与CO，Al、Fe与氯气反应生成AlCl₃和FeCl₃，升华器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，升华制备无水AlCl₃，加入少量Al目的是除去FeCl₃．
（1）在焙烧炉中Fe₂O₃与C反应生成Fe与CO，反应方程式为：Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2Fe+3CO，故答案为：Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2Fe+3CO；
（2）氯化炉中生成氯化铝的总反应方程式为：A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2A1C1₃+3CO，Fe被氯气氧化为FeCl₃，反应中Cl元素化合价降低，发生还原反应，由方程式可知，生成1mol AlCl₃理论上需碳为1mol×$\frac{3}{2}$=1.5mol，故需要碳的质量至少为1.5mol×12g/mol=18g，
故答案为：Cl；18；
（3）氯化铝在加热时易升华，沸点低，属于分子晶体，为共价化合物；升华器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，升华制备无水AlCl₃，所以加入少量Al目的是除去FeCl₃，
故答案为：共价；除去FeCl₃；
（4）制备无水AlCl₃含有杂质FeCl₃，用过量的氢氧化钠溶液溶解，沉淀为氢氧化铁，最终残留固体质量为0.32g为Fe₂O₃，其物质的量为$\frac{0.32g}{160g/mol}$=0.002mol，故Fe元素质量为0.004mol×56g/mol=0.224g，则产品中Fe元素的含量为$\frac{0.224g}{14g}$×100%=1.6%，
故答案为：1.6%．

点评 本题考查物质制备方案、对于工艺流程原理的理解、物质含量的测定等，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．