Question

【题目】铝是一种轻金属，被称为金属界的“万金油”，应用范围极为广阔。含铝的化合物如氧化铝、氢氧化铝等在工业上用途十分广泛。

完成下列填空：

(1)铝是活泼金属，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约5 nm的致密氧化膜，写出除去氧化膜的一种方法____________________(用方程式表示)。

(2)氢氧化铝是用量最大、应用最广的无机阻燃添加剂，解释氢氧化铝能做阻燃剂的原因_____________________(用方程式说明)；写出Al(OH)3的电离方程式________________。

(3)明矾(KAl(SO4)2·12H2O)的水溶液呈_______性(选填“酸”、“碱”或“中”)，溶液中离子浓度大小顺序为_____________________。将明矾溶液与小苏打溶液混合会产生白色沉淀和气体，请用平衡移动原理解释该现象。_______________________________________

(4)碳热还原氯化法从铝土矿中炼铝具有步骤简单、原料利用率高等优点，其原理如下：

Ⅰ． Al2O3(s) + AlCl3(g) + 3C(s) 3AlCl(g) + 3CO(g) – 1486 kJ

Ⅱ． 3AlCl(g) 2Al(l) + AlCl3(g) + 140 kJ

① 写出反应Ⅰ的化学平衡常数表达式K=_____________，升高温度，K_______(填增大、减小、不变)。

② 写出反应Ⅱ达到平衡状态的一个标志_________________________________；

结合反应Ⅰ、Ⅱ进行分析，AlCl3在炼铝过程中的作用可以看作______________。

③ 将1mol氧化铝与3mol焦炭的混合物加入2L反应容器中，加入2mol AlCl3气体，在高温下发生反应Ⅰ。若5min后气体总质量增加了27.6g，则AlCl的化学反应速率为_________ mol/(L·min)。

Answer 1

【答案】Al2O3 + 6HCl =2AlCl3 + 3H2O或Al2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O 2Al(OH)3Al2O3 + 3H2O Al3+ + 3OH-Al(OH)3H++AlO2- + H2O 酸 c(SO42-)＞c(K+)＞c(Al3+)＞c(H+)＞c(OH-) 铝离子水解呈酸性，Al3+ + H2OAl(OH)3+3H+，碳酸氢根水解呈碱性HCO3- + H2OH2CO3 + OH-，两者水解相互促进，平衡向右进行，因此出现沉淀与气体 增大 压强不变(合理即可) 催化剂 0.06

【解析】

(1)氧化铝属于两性氧化物，可以与盐酸，也可以与氢氧化钠反应；

(2) 氢氧化铝分解吸热，生成的氧化铝覆盖在可燃物表面，起到阻燃作用；氢氧化铝是两性氢氧化物；

(3)明矾电离出的铝离子能够水解呈酸性，碳酸氢根水解呈碱性，两者水解相互促进；

(4) ① 根据化学平衡常数表达式书写K的表达式；该反应为吸热反应，结合平衡移动的影响因素分析判断；

②根据平衡状态的特征和标志分析解答；将反应Ⅰ+反应Ⅱ得：Al2O3(s) + 3C(s) 3CO(g) +2Al(l)，据此分析判断AlCl3的作用；

③Al2O3(s) + AlCl3(g) + 3C(s) 3AlCl(g) + 3CO(g) 属于气体质量的增加的反应，结合气体总质量的增加量计算出AlCl的物质的量，再结合化学反应速率=计算。

(1)氧化铝属于两性氧化物，可以用盐酸，也可以用氢氧化钠除去铝片表面的氧化膜，反应方程式为Al2O3 + 6HCl =2AlCl3 + 3H2O或Al2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O，故答案为：Al2O3 + 6HCl =2AlCl3 + 3H2O或Al2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O；

(2) 氢氧化铝受热分解吸热，同时生成的氧化铝熔点高，覆盖在可燃物表面，起到阻燃作用，氢氧化铝分解的方程式为2Al(OH)3Al2O3 + 3H2O，氢氧化铝是两性氢氧化物，电离方程式为Al3+ + 3OH-Al(OH)3H++AlO2- + H2O，故答案为：2Al(OH)3Al2O3 + 3H2O；Al3+ + 3OH-Al(OH)3H++AlO2- + H2O；

(3)明矾(KAl(SO4)2·12H2O)属于强酸弱碱盐，铝离子水解，溶液呈酸性，溶液中离子浓度大小顺序为c(SO42-)＞c(K+)＞c(Al3+)＞c(H+)＞c(OH-)。将明矾溶液与小苏打溶液混合会产生白色沉淀和气体，是因为铝离子水解呈酸性，Al3+ + H2OAl(OH)3+3H+，碳酸氢根水解呈碱性HCO3- + H2OH2CO3 + OH-，两者水解相互促进，平衡向右进行，因此出现沉淀与气体，故答案为：酸；c(SO42-)＞c(K+)＞c(Al3+)＞c(H+)＞c(OH-)；铝离子水解呈酸性，Al3+ + H2OAl(OH)3+3H+，碳酸氢根水解呈碱性HCO3- + H2OH2CO3 + OH-，两者水解相互促进，平衡向右进行，因此出现沉淀与气体；

(4) ① 反应Ⅰ.Al2O3(s) + AlCl3(g) + 3C(s) 3AlCl(g) + 3CO(g) – 1486 kJ的化学平衡常数表达式K=，该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，K增大，故答案为：；增大；

② 反应Ⅱ达到平衡状态时，各种气体的物质的量浓度不变，气体的压强不变等；反应Ⅰ+反应Ⅱ得：Al2O3(s) + 3C(s) 3CO(g) +2Al(l)– 1346 kJ，说明AlCl3在炼铝过程中是催化剂，故答案为：压强不变(合理答案均可)；催化剂；

③设生成的AlCl的物质的量为x，

Al2O3(s) + AlCl3(g) + 3C(s) 3AlCl(g) + 3CO(g) 气体质量的增加量

3mol 138g

X 27.6g

则=，解得：x=0.6mol，则AlCl的化学反应速率==0.06mol/(L·min)，故答案为：0.06。