Question

4．铝及其化合物在生产、生活中有着广泛的应用．回答下列问题：
（1）铝原子的结构示意图为．．
（2）工业上用冰晶石作助熔剂、石墨作电极电解熔融氧化铝制铝．每生产1t Al，阳极大约会损失0.6t石墨．则石墨被氧化为CO和CO₂（填化学式）．
（3）纳米氧化铝用于透明陶瓷、高压钠灯灯管等．纳米氧化铝分散在分散剂中将形成胶体．则纳米氧化铝颗粒的直径约为10^-9～10^-7m，制取纳米氧化铝需要纯净的硫酸铝，检验硫酸铝溶液中是否含有Fe³⁺操作方法和现象是加KSCN溶液，溶液变血红色．
（4）电解法制备高品质AI（OH）₃的装置如图（中间用离子交换膜隔开），其反应原理为：
4NaAlO₂+10H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Al（OH）₃↓+4NaOH+O₂↑+2H₂↑则Al（OH）₃在阳极（填“阴极”或“阳极”）区沉积，电路中每通过2mol e时，理论上可制得2mol  Al（OH）₃．

Answer 1

分析 （1）原子结构示意图中，圆圈内数字表示核内质子数，弧线表示电子层，弧线上的数字表示该层上的电子数，离圆圈最远的弧线表示最外层，铝为13号元素；
（2）用冰晶石作助熔剂、石墨作电极电解熔融氧化铝制铝，石墨被氧化产物可能为CO或者CO₂，或者二者混合物，设石墨被氧化后的价态为+n价，则：C→Cⁿ⁺～ne-，Al³⁺→Al～3e^-，依据氧化还原反应中得失电子守恒计算；
（3）胶体微粒直径在1nm～100nm之间；用KSCN溶液检验溶液中Fe³⁺；
（4）电解本质是电解水，阴极上水放电生成氢气与氢氧根离子，阳极上水放电生成生成氧气与氢离子，氢离子再与[Al（OH）₄]^-反应生成Al（OH）₃；根据电子转移守恒计算生成氧气物质的量，再根据方程式计算生成Al（OH）₃的物质的量．

解答 解：（1）铝为13号元素，该元素原子核内有13个质子，原子核外有3个电子层，原子的结构示意图为，
故答案为：；
（2）每生产1吨Al转移的电子数为$\frac{1T}{27}$×3，0.6吨的石墨失去的电子数为：$\frac{0.6T}{12}$×n，依据氧化还原反应中得失电子守恒：$\frac{1T}{27}$×3=$\frac{0.6T}{12}$×n，得n≈2.2，2＜2.2＜4，所以石墨被氧化为CO和CO₂混合物．
故答案为：CO和CO₂；
（3）胶体微粒直径在1nm～100nm之间，则纳米氧化铝的直径约为10^-9～10^-7m，检验硫酸铝溶液含有Fe³⁺时，所采用的试剂及现象是：加KSCN溶液，溶液变血红色，
故答案为：10^-9～10^-7；加KSCN溶液，溶液变血红色；
（4）电解本质是电解水，阴极上水放电生成氢气与氢氧根离子，阳极上水放电生成生成氧气与氢离子，氢离子再与[Al（OH）₄]^-反应生成Al（OH）₃，故产物Al（OH）₃在阳极区沉积，根据电子转移守恒，生成氧气物质的量为$\frac{2mol}{4}$=0.5mol，由：4Na[Al（OH）₄]+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Al（OH）₃↓+4NaOH+O₂↑+2H₂↑，可知生成Al（OH）₃的物质的量为0.5mol×4=2mol，
故答案为：阳极；2．

点评 本题考查了铝原子的结构、氧化还原反应产物的判断，离子的检验、电解的产物判断等知识，是对学生综合能力的考查，明确氧化还原反应中得失电子守恒的规律是解题关键，题目难度中等．