Question

18．无水AlCl₃易升华，可用作有机合成的催化剂等，工业上由铝土矿（主要成分是Al₂O₃和Fe₂O₃，还 含有少量的SiO₂  ）和石油焦（主要成分是C）为原料制备无水AlCl₃：2Al₂O₃+6Cl₂?4AlCl₃+3O₂
回答以下问题：
（1）Cl^-的电子式为．Al在元素周期表最中的位置是第三周期第IIIA族．
（2）生产中加入石油焦，其目的是碳与O₂反应，有利于反应正向进行．
（3）加入焦炭后的化学反应可表示为Al₂O₃+C+Cl₂═AlCl₃+X↑，设计实验确定气体X的成分：
气体X可能为CO、CO₂或两者的混合物，将生成气体依次通过澄清石灰水、灼热的CuO粉末，如溶液变浑浊，则X中存在CO₂，如黑色CuO粉末变成红色粉末，则X中存在CO；．
（4）在提纯AlCl₃粗产品时，需加入少量铝粉，可使熔点较低的FeCl₃转化为熔点较高的FeCl₂，从而避免在AlCl₃中混入铁的氯化物．该反应的化学方程式为Al+3FeCl₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl₃+3FeCl₂．
（5）为测定制得的无水AlCl₃产品（含FeCl₃杂质）的纯度，称取16.25g无水AlCl₃样品，溶于过量的NaOH溶液，过滤出沉淀物，沉淀物经洗涤、灼烧、冷却、称重，残留固体质量为0.32g．
①过程涉及的离子方程式Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O．
②AlCl₃产品的纯度为96%．
（6）以铝土矿为原料可以通过以下途径提纯氧化铝：
过量NaOH溶液过量稀盐酸过量氨水
①写出滤液甲中溶质的化学式NaAlO₂、Na₂SiO₃、NaOH．
②写出滤液乙中加入过量氨水得到Al（OH）₃的离子方程式Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．

Answer 1

分析 （1）氯离子最外层达到8电子稳定结构，注意在写阴离子的电子式时注意不要忘记写中括号和中括号外的电荷符号；铝元素核电荷数为13，位于周期表中第三周期第IIIA族；
（2）根据化学方程式2Al₂O₃+6Cl₂=4AlCl₃+3O₂可知，该反应为可逆反应，加入石油焦后，碳与O₂反应，有利于反应正向进行；
（3）根据反应方程式可知，气体X可能为一氧化碳、二氧化碳或者二者混合物，可以利用澄清石灰水检验二氧化碳，利用灼热的氧化铜检验一氧化碳，据此涉及实验方案；
（4）根据题中信息可知，反应物为Al和FeCl₃，反应产物为氯化铝和FeCl₂，据此写出反应的化学方程式；
（5）①根据铝离子、铁离子与过量的氢氧根离子反应生成偏铝酸根离子、氢氧化铁沉淀写出反应的离子方程式；
②残留固体质量为0.32g为氧化铁，可以计算出铁离子的物质的量及氯化铁的质量，最后根据总质量计算出氯化铝的纯度；
（6）①过量NaOH溶液可以和铝土矿中的Al₂O₃和SiO₂ 反应，不与Fe₂O₃ 反应，可知滤液甲的成分，注意氢氧化钠是过量的；
②滤液乙中含有铝离子，铝离子与氨水反应生成难溶物氢氧化铝，据此写出反应的离子方程式．

解答 解：（1）氯离子最外层达到了8电子稳定结构，氯离子的电子式为：；铝元素为主族元素，核外3个电子层，位于周期表中第三周，最外层3个电子，位于第IIIA族，
故答案为：；第三周期第IIIA族；
（2）从生产无水AlCl₃的化学方程式看，该反应为可逆反应，加入石油焦后，碳与O₂反应，使可逆反应转化为不可逆反应，有利于反应正向进行，
故答案为：碳与O₂反应，有利于反应正向进行；
（3）从Al₂O₃+C+Cl₂=AlCl₃+X↑可以看出X为CO、CO₂或两者的混合物，确定气体X的成分，就是检验CO、CO₂的存在，检验方法为：气体X可能为CO、CO₂或两者的混合物，将生成气体依次通过澄清石灰水、灼热的CuO粉末，如溶液变浑浊，则X中存在CO₂，如黑色CuO粉末变成红色粉末，则X中存在CO，
故答案为：气体X可能为CO、CO₂或两者的混合物，将生成气体依次通过澄清石灰水、灼热的CuO粉末，如溶液变浑浊，则X中存在CO₂，如黑色CuO粉末变成红色粉末，则X中存在CO；
（4）铝将氯化铁还原为氯化亚铁，反应的化学方程式为：Al+3FeCl₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl₃+3FeCl₂，
故答案为：Al+3FeCl₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl₃+3FeCl₂；
（5）①该制取过程中涉及的离子方程式有AlCl₃与过量的NaOH溶液的反应和FeCl₃与NaOH溶液的反应，反应的离子方程式为：Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓；Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓；Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
②0.32 g残留固体质量是Fe₂O₃，则铁离子的物质的量为：n（Fe³⁺）=0.004 mol，氯化铁的质量为：m（FeCl₃）=162.5g/mol×0.004mol=0.65 g，混合物中氯化铝的质量为：m（AlCl₃）=16.25g-0.65g=15.6 g，所以AlCl₃产品的纯度为：$\frac{15.6g}{16.25g}$×100%=96%，
故答案为：96%；
（6）①铝土的主要成分是Al₂O₃和Fe₂O₃，还含有少量的SiO₂，加入氢氧化钠溶液后，氧化铝、二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸根离子和硅酸钠，氧化铁不反应，所以滤液甲中的溶质为：NaAlO₂、Na₂SiO₃、NaOH，
故答案为：NaAlO₂、Na₂SiO₃、NaOH；
②根据流程可知，滤液乙中含有铝离子，铝离子与氨水反应生成氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式为：Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案为：Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．

点评 本题考查了影响化学平衡因素、物质的分离与提纯、探究物质组成与含量等知识，题目难度中等，试题涉及的题量过大，知识点较多，充分考查了学生对所学知识的掌握情况；解答本题时需要合理、耐心分析题中信息、制取流程，然后联系所学知识进行作答，试题有利于培养学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．