Question

12．铝是地壳中含量最多的金属元素，其单质和化合物广泛应用于日常生活中．
（1）铝粉和铁的氧化物（FeO•Fe₂O₃）可配成铝热剂用于焊接钢轨，反应的化学方程式是8Al+3FeO•Fe₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Al₂O₃+9Fe．
（2）NaOH溶液可以除去铝表面的氧化膜，在处理过程中常会产生H₂，产生H₂的离子方程式是2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（3）工业上以铝土矿（Al₂O₃•H₂O）为原料生产铝，主要包括下列过程：
i．将粉粹、筛选后的铝土矿溶解在NaOH溶液中；
ii．加入过量的试剂A使所得溶液中析出Al（OH）₃固体；
iii．使Al（OH）₃脱水生成Al₂O₃；
iv．电解熔融Al₂O₃生成Al．
铝土矿粉粹的目的是增大接触面积，加快反应速率，试剂A的化学式是CO₂，电解熔融Al₂O₃时，加入冰晶石，其作用是降低反应混合物熔点，节约能源．
（4）明矾化学式为KAl（SO₄）₂•12H₂O，向明矾溶液中加入Ba（OH）₂溶液，当溶液中的SO₄^2-恰好沉淀时，铝元素的存在形式是AlO₂^-．
（5）美国普度大学研究开发出一种利用铝镓（化学式：AlGa）合金制取氢气的新工艺（如图所示）．
i．写出常温下铝镓合金产生氢气的化学方程式2AlGa+3H₂O=Al₂O₃+2Ga+3H₂↑．
ii．下列有关该工艺的说法正确的是BCD．
A．该过程中，能量的转化形式只有两种
B．铝镓合金可以循环使用
C．铝镓合金的熔点比金属铝低
D．该工艺可利用太阳能分解水．

Answer 1

分析 （1）铝热反应实质是铝粉和铁的氧化物发生氧化还原反应生成铁和氧化铝；
（2）铝和氢氧化钠溶液反应生成偏氯酸钠和氢气；
（3）铝土矿粉粹是增大固体与溶液接触面积，加快反应速率，氧化铝溶于氢氧化钠溶液反应生成偏氯酸钠，加入过量的试剂A使所得溶液中析出Al（OH）₃固体，碳酸酸性大于氢氧化铝，说明是通入二氧化碳生成；电解熔融Al₂O₃时，氧化铝熔点高耗能高，加入冰晶石会降低反应物熔点分析；
（4）设明矾KAl（SO₄）₂•12H₂O为1mol，则溶液中含有1molK⁺、1molAl³⁺、2molSO₄^2-，根据反应：SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓，当溶液中的SO₄^2-完全沉淀时，需要2molBa²⁺，即2molBa（OH）₂，2molBa（OH）₂中含有4molOH^-，1molAl³⁺和4molOH^-发生反应：Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；铝元素的存在形式为：AlO₂^-；
（5）i、依据转化关系图中物质分析判断，铝镓合金和水反应生成氧化铝、镓和氢气；
ii、A．工艺流程中，太阳能转化为电能、电能转化为化学能、化学能转变为热能；
B．前边操作中用的物质，在后续操作中又得到该物质，则该物质就可循环使用；
C、合金熔点低于各成分；
D、根据反应物与最终产物，据此整个过程实质是水分解生成氢气与氧气，该工艺中总反应为：2H₂O=H₂↑+O₂↑．

解答 解：（1）铝粉和铁的氧化物（FeO•Fe₂O₃）可配成铝热剂用于焊接钢轨，铝粉和铁的氧化物发生氧化还原反应生成铁和氧化铝，反应的化学方程式为8Al+3FeO•Fe₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Al₂O₃+9Fe，
故答案为：8Al+3FeO•Fe₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Al₂O₃+9Fe；
（2）NaOH溶液可以除去铝表面的氧化膜，在处理过程中常会产生H₂，铝和氢氧化钠溶液反应生成偏氯酸钠和氢气，反应的离子方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）铝土矿粉粹是增大固体与溶液接触面积，加快反应速率，氧化铝溶于氢氧化钠溶液反应生成偏氯酸钠，加入过量的试剂A使所得溶液中析出Al（OH）₃固体，碳酸酸性大于氢氧化铝，说明是通入二氧化碳生成；电解熔融Al₂O₃时，氧化铝熔点高耗能高，加入冰晶石会降低反应物熔点，节约能源，
故答案为：增大接触面积，加快反应速率；CO₂；降低反应混合物熔点，节约能源；
（4）设明矾KAl（SO₄）₂•12H₂O为1mol，则溶液中含有1molK⁺、1molAl³⁺、2molSO₄^2-，根据反应：SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓，当溶液中的SO₄^2-完全沉淀时，需要2molBa²⁺，即2molBa（OH）₂，2molBa（OH）₂中含有4molOH^-，1molAl³⁺和4molOH^-发生反应：Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
铝元素的存在形式为：AlO₂^-．
故答案为：AlO₂^-；
（5）i、依据转化关系图中物质分析判断，铝镓合金和水反应生成氧化铝、镓和氢气，反应的化学方程式为：2AlGa+3H₂O=Al₂O₃+2Ga+3H₂↑，
故答案为：2AlGa+3H₂O=Al₂O₃+2Ga+3H₂↑；
ii、A．工艺流程中，太阳能转化为电能、电能转化为化学能、化学能转变为热能，该过程中，能量的转化形式不只有两种，故A错误；
B．前边操作中用的物质，在后续操作中又得到该物质，则该物质就可循环使用，转化关系中铝镓合金反应最后生成可以循环使用，故B正确；
C、合金熔点低于各成分，铝镓合金的熔点比金属铝低，故C正确；
D、根据反应物与最终产物，据此整个过程实质是水分解生成氢气与氧气，该工艺中总反应为：2H₂O=H₂↑+O₂↑D正确，该工艺可利用太阳能分解水，故D正确，故选BCD．
故答案为：2AlGa+3H₂O=Al₂O₃+2Ga+3H₂↑；BCD．

点评 本题多角度考查元素化合物知识，为高频考点，侧重于学生的分析、实验能力，题目涉及镁铝性质的分析判断，物质反应产物判断，流程分析应用，注意相关基础知识的积累，题目难度中等．