Question

【题目】无水AlCl3是一种重要的化工原料。某课外活动小组尝试制取无水AlCl3并进行相关探究。

资料信息:无水AlCl3在178℃升华，极易潮解，遇到潮湿空气会产生白色烟雾。

（探究一）无水AlCl3的实验室制备

利用下图装置，用干燥、纯净的氯气在加热条件下与纯铝粉反应制取无水AlCl3。供选择的药品:①铝粉②浓硫酸③稀盐酸④饱和食盐水⑤二氧化锰粉末⑥无水氯化钙⑦稀硫酸⑧浓盐酸⑨氢氧化钠溶液。

(1)写出装置A发生的反应方程式__________。

(2)装置E需用到上述供选药品中的________(填数字序号)，装置F的作用是__________。

(3)写出无水AlCl3遇到潮湿空气发生反应的化学方程式__________。

（探究二）离子浓度对氯气制备的影响

探究二氧化锰粉末和浓盐酸的反应随着盐酸的浓度降低，反应会停止的原因:

(4)提出假设:假设1.Cl-浓度降低影响氯气的生成；假设2.__________。

(5)设计实验方案:(限选试剂:浓H2SO4、NaCl固体、MnO2固体、稀盐酸)

步骤	实验操作	预测现象和结论
①	往不再产生氯气的装置中，加入_____继续加热	若有黄绿色气体生成，则假设1成立
②	__________	若有黄绿色气体生成，则假设2成立

（探究三）无水AlCl3的含量测定及结果分析

取D中反应后所得固体2.0g，与足量氢氧化钠溶液反应，测定生成气体的体积(体积均换算成标准状况)，重复测定三次，数据如下:

	第一次实验	第二次实验	第三次实验
D中固体用量	2.0g	2.0g	2.0g
氢气的体积	334.5mL	336.0mL	337.5mL

(6)根据表中数据，计算所得固体中无水AlCl3的质量分数_________。

(7)有人认为D中制得无水AlCl3的质量分数偏低，可能的一种原因是__________。

Answer 1

【答案】 MnO2+4HCl△MnCl2+Cl2↑+2H2O ⑥ 吸收多余的氯气以免污染空气 AlCl3+3H2O==Al(OH)3+3HCl H+浓度降低影响氯气的生成 NaCl固体 往不再产生氯气的装置中，加入浓H2SO4，继续加热 86.5% 制备的氯气不足（或固体和气体无法充分接触；无水AlCl3发生升华，造成损失等）

【解析】本题分三块，制备氯化铝、氯化铝的纯度分析、探究实验室制氯气的反应原理，其中氯化铝制备是利用二氧化锰和浓盐酸混合加热制得氯气与铝粉共热制备氯化铝，实验过程中要关注氯气的净化、保持无氧环境（防止生成氧化铝）、干燥环境（防氯化铝水解），并进行尾气处理减少对环境的污染；氯化铝样品中可能混有铝，利用铝与氢氧化钠溶液反应生成的氢气测定铝的含量，再计算出氯化铝的纯度；探究实验室制备氯气的原理可从二个方面氯离子浓度对实验的影响和H+对实验的影响，据此解答。

（1）实验室用二氧化锰与浓盐酸反应制氯气，反应方程式为MnO2+4HCl(浓)△MnCl2+Cl2↑+2H2O；

（2）由于生成的氯化铝易水解，则需要防止水蒸气进入D装置，因此装置E中的药品是无水氯化钙，答案选⑥；氯气有毒，需要尾气处理，则装置F的作用是吸收多余的氯气以免污染空气。

（3）无水氯化铝遇水蒸汽发生水解反应，则无水AlCl3遇到潮湿空气发生反应的化学方程式为AlCl3+3H2O＝Al(OH)3+3HCl；

（4）根据实验室利用浓盐酸和二氧化锰混合加热反应原理可知，参加离子反应的离子为氯离子和氢离子，因此另一种假设为H+浓度降低影响氯气的生成；

（5）可通过向反应装置中添加NaCl固体的方法增加溶液里的氯离子浓度，添加浓硫酸的方法增加溶液里的H+浓度来验证，即

步骤	实验操作	预测现象和结论
①	往不再产生氯气的装置中，加入NaCl固体继续加热	若有黄绿色气体生成，则假设1成立
②	往不再产生氯气的装置中，加入浓H2SO4，继续加热	若有黄绿色气体生成，则假设2成立

；

（6）三次实验收集到的氢气平均值为（334.5mL+336.0mL+337.5mL）÷3=336.0mL，氢气的物质的量为0.336L÷22.4L/mol=0.015mol，根据2Al～3H2，可知铝的物质的量为0.015mol×2/3=0.01mol，质量为0.01mol×27g/mol=0.27g，氯化铝的质量分数为(2.0g0.27g)/2.0g×100%=86.5%；

（7）根据反应原理可知如果制得无水AlCl3的质量分数偏低，则可能的原因是氯气量不足，部分铝未反应生成氯化铝，可导致氯化铝含量偏低；固体和气体无法充分接触，部分铝粉未被氯气氧化，混有铝，导致氯化铝含量偏低；有少量氯化铝升华，也能导致氯化铝含量偏低。