题目内容

13．以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细α-氧化铝，既降低环境污染又可提高铝资源的利用率．已知铝灰的主要成分为Al2O3（含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3），其制备实验流程如下：

（1）铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O．
（2）图中“滤渣”的主要成分为SiO2（填化学式）．
（3）加30%的H2O2作用为将Fe2+氧化为Fe3+，其发生的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，
该反应需控制温度低于40℃，其目的是防止H2O2分解．
（4）煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为：
4[NH4Al（SO4）2•12H2O]$\frac{\underline{\;1240℃\;}}{\;}$2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O，将产生的气体通过图所示的装置．

①集气瓶中收集到的气体是N2（填化学式）．
②足量饱和NaHSO3溶液吸收的物质除大部分H2O（g）外还有SO3、NH3（填化学式）．
③KMnO4溶液褪色（MnO4-还原为Mn2+），发生的离子方程式为2MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+．

分析 铝灰的主要成分为Al2O3（含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3）加稀硫酸，Al2O3、FeO、Fe2O3转化为离子，SiO2不溶于硫酸，过滤，滤液中含有Al3+、Fe2+、Fe3+，加双氧水，Fe2+被氧化为Fe3+，加入K4[Fe（CN）6]Fe3+转化为沉淀，过滤，在滤液中加入硫酸铵，生成NH4Al（SO4）2，结晶、干燥、煅烧得到α-Al2O3；
（1）Al2O3与硫酸反应生成硫酸铝和水；
（2）SiO2不溶于硫酸；
（3）加30%的H2O2溶液Fe2+被氧化为Fe3+；温度不能过高否则过氧化氢受热分解；
（4）①NH4Al（SO4）2•12H2O分解生成的气体NH3和SO3被亚硫酸钠吸收，二氧化硫被高锰酸钾吸收；
②NH3和SO3能被亚硫酸钠溶液吸收；
③KMnO4与二氧化硫反应生成硫酸根离子和锰离子．

解答 解：铝灰的主要成分为Al2O3（含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3）加稀硫酸，Al2O3、FeO、Fe2O3转化为离子，SiO2不溶于硫酸，过滤，滤液中含有Al3+、Fe2+、Fe3+，加双氧水，Fe2+被氧化为Fe3+，加入K4[Fe（CN）6]Fe3+转化为沉淀，过滤，在滤液中加入硫酸铵，生成NH4Al（SO4）2，结晶、干燥、煅烧得到α-Al2O3；
（1）Al2O3与硫酸反应生成硫酸铝和水，其反应的方程式为：Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O；
故答案为：Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O；
（2）铝灰的主要成分为Al2O3（含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3）加稀硫酸，Al2O3、FeO、Fe2O3转化为离子，SiO2不溶于硫酸，过滤，滤渣为SiO2；
故答案为：SiO2；
（3）滤液中含有Al3+、Fe2+、Fe3+，加30%的H2O2溶液Fe2+被氧化为Fe3+，其反应的离子方程式为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，该反应需控制温度低于40℃，其目的是防止H2O2分解，
故答案为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；防止H2O2分解；
（4）①NH4Al（SO4）2•12H2O分解生成的气体NH3和SO3被亚硫酸钠吸收，二氧化硫被高锰酸钾吸收，所以最后集气瓶中收集到的气体是N2；
故答案为：N2；
②NH3极易溶于水，NH3所以能被亚硫酸钠溶液吸收，SO3与水反应是硫酸，则SO3也被亚硫酸钠溶液吸收，所以足量饱和NaHSO3溶液吸收的物质除大部分H2O（g）外还有SO3、NH3；
故答案为：SO3、NH3；
③酸性条件下，KMnO4与二氧化硫反应生成硫酸根离子和锰离子，其反应的离子方程式为：2MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+；
故答案为：2MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+．

点评 本题以氧化铝提取工艺流程为载体，考查元素化合物性质及相互转化、氧化还原、离子方程式、实验基本操作等知识点，注意把握制备原理，把握物质的性质以及相关反应方程式的书写，题目难度中等．

练习册系列答案
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20．古诗词是我国重要的文化遗产，下列诗句中加点字部分涉及氧化还原反应的是（　　）
A．月波成露露成霜，借与南枝作淡妆B．春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干
C．粉骨碎身浑不怕，要留清白在人间D．莫道雪融便无迹，雪融成水水成冰
4．“材料”的发现和使用往往会极大地推动生产、生活的发展，一些材料的出现甚至具有里程碑式划时代的意义．请回答下列问题：
SiO2$→_{高温}^{ⅠC}$Si（粗）$→_{300℃}^{Ⅱ．HCl}$SiHCl3$→_{1000-1100℃}^{Ⅲ．过量H_{2}}$Si（纯）
（1）无机非金属材料．高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”．这种材料可以按下列方法制备：
①写出步骤I的化学方程式：SiO2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑．
②步骤II经过冷凝得到的SiHCl3（沸点为33.0℃）中含有少量的SiCl4（沸点为57.6℃）和HCl（沸点为-84.7℃），提纯SiHCl3的实验方法是蒸馏或分馏，所用到的玻璃仪器除酒精灯、温度计、锥形瓶外还需要蒸馏烧瓶和冷凝管．
（2）磁性材料．这种黑色材料含有某种铁的氧化物，请写出该氧化物溶于稀硫酸溶液的化学方程式Fe3O4+4H2SO4═FeSO4+Fe2（SO4）3+4H2O，简述检验所得溶液中较高价态阳离子的实验操作方法取少量该溶液于试管中，滴入几滴KSCN溶液，溶液变为红色，说明溶液中含有Fe3+．
（3）激光材料．我国是激光技术先进的国家，红宝石（Al2O3）是最早用于产生激光的材料．请用离子方程式来证明它是一种两性氧化物：Al2O3+6H+═2Al3++3H2O、Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O．
（4）高分子材料．一种新型高效净水剂[Al Fe（OH）nCl6-n]m属于无机高分子材料，它广泛应用于生活用水和工业污水的处理，其中铁元素的化合价为+3．
（5）合金材料．取等质量的两份某镁铝合金分别加入足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液中，产生的H2体积分别为100ml，90ml则该合金中镁，铝的质量之比为4：27．
（6）消毒材料．棕黄色强刺激性气体Cl2O为国际公认高效安全灭菌消毒剂之一，实验室可用潮湿的Cl2与Na2CO3反应制取少量Cl2O，补充完整并配平下列反应方程式：2Cl2+2Na2CO3+H2O═2NaHCO3+2NaCl+1 Cl2O．
1．实验室用NaOH和FeSO4制取Fe（OH）2时，Fe（OH）2很容易被氧化，若采用如图所示装置制取，可以得到较纯净的Fe（OH）2．
（1）制取前需将Na2SO4溶液煮沸，目的是除去溶液中溶解的O2．
（2）在Na2SO4溶液上覆盖一层苯的目的是隔绝空气防止氢氧化亚铁被氧化．
（3）阳极的电极反应式是：Fe-2e-=Fe2+，阴极的电极反应式是2H++2e-=H2↑；阳极材料能否换成其他材料？不能．
（4）电解一段时间后，若将电极反接（即铁棒和电源负极相连、石墨棒和电源正极相连），电极反应为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极4H++4e-=2H2↑．U型管中看到的现象是白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色，发生这一现象的化学方程式是4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3．
8．根据物质相似性、特殊性来学习元素性质是常见的学习方法．
（1）铍（Be）与铝元素相似，其氧化物及氢氧化物具有两性，请写出BeO与盐酸反应的离方程式BeO+2H+=Be2++H2O，Be（OH）2溶于NaOH溶液的化学方程式为：Be（OH）2+2NaOH═Na2BeO2+2H2O，往10.0mL1.00mol•L-1的Be（NO3）2溶液中逐滴加入等浓度的NaOH溶液，请在以下坐标图中画出沉淀量随NaOH溶液加人量的变化图：

（2）锗与硅元素相似，锗也是良好的半导体，以下是工业冶炼锗的简单流程图：
GeO2（粗）$→_{Ⅰ}^{盐酸}$GeCl4（粗）$→_{Ⅱ}^{蒸馏}$GeCl4（粗）$→_{Ⅲ}^{水}$GeCl2（纯）$→_{Ⅳ}^{Zn}$Ge
①写出过程Ⅲ发生反应的化学方程式GeCl4+2H2O=GeO2+4HCl．
②以下有关工业冶炼锗的说法正确的是CD．
A．GeO2与SiO2性质相似，均易与盐酸反应
B．过程Ⅱ的蒸馏是利用GeCl4难溶于水的性质实现的
C．过程Ⅳ发生的反应中，GeO2作氧化剂
D．上述过程涉及的基本反应类型有复分解反应、置换反应
（3）某同学为了探究硫与浓硝酸的反应产物，将硫与浓硝酸混合，结果生成一种纯净无色气体A，A遇空气变红棕色，据此写出硫与浓硝酸反应的化学方程式S+2HNO3=H2SO4+2NO↑．
18．亚硝酸氯（C1NO）是有机合成中的重要试剂．可由NO与Cl2在通常条件下反应得到，化学方程式为2NO（g）+C12（g）?2C1NO（g），
（1）氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酸氯，涉及如下反应：
①2NO2（g）+NaC1（s）?NaNO3（s）+ClNO（g）   K1
②4NO2（g）+2NaC1（s）?2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）  K2
③2NO（g）+C12（g）?2C1NO（g）   K3
则K1，K2，K3之间的关系为K3=$\frac{{{K}^{2}}_{1}}{{K}_{2}}$．
（2）已知几种化学键的键能数据如下表（亚硝酸氯的结构为Cl-N=O）：
化学键N≡OCl-ClCl-NN=O
键能/kJ．mol-1630243a607
则2NO（g）+C12（g）?2C1NO（g）反应的△H和a的关系为△H=289-2akJ/mol．
（3）在1L的恒容密闭容器中充入2molNO（g）和1molC12（g），在不同温度下测得c（C1NO）与时间的关系如图A：

①由图A可判断T1＜T2，该反应的△H＜0 （填“＞”“＜”或“=”）．
②反应开始到10min时NO的平均反应速率v（NO）=0.1mol/（L•min）．
③T2时该反应的平衡常数K=2．
（4）一定条件下在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入NO（g）和Cl2（g），平衡时ClNO的体积分数随$\frac{n（NO）}{n（C{1}_{2}）}$的变化图象如图B，则A、B、C三状态中，NO的转化率最大的是A点．
5．某煤矿筛选煤后的废弃煤矸石中主要含有SiO2、Al2O3、Fe2O3，利用该煤矸石可生产金属Al及红色颜料Fe2O3．其生产工艺流程如下图所示：

回答下列问题：
（1）对煤矸石需要进行粉碎，使粉末状态的煤矸石在盐酸中酸浸，煤矸石粉碎操作的目的是增大与酸的接触面积，加快反应速率，“酸浸”操作后的溶液Ⅰ中阳离子除H+外，还有Fe3+、Al3+．
（2）残渣主要成分的化学式为SiO2，写出该物质的一种用途制备光导纤维．
（3）“转化i”操作加入NH3除使溶液中的Al3+转化为沉淀外，其他作用是中和过量的盐酸、沉淀铁离子．
（4）“碱溶”操作中发生化学反应的离子方程式为Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O．
（5）“转化ii”操作通入了过量的气体X，X的电子式为．
（6）电解氧化铝的阳极反应式为2O2--4e-=O2↑．
2．下列说法或表示方法正确的是（　　）
A．等物质的量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出的热量多
B．在稀溶液中，H+（aq）+OH-（aq）=H2O（l）△H=-57.3kJ/mol，若将含0.5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合，放出的热大于57.3kJ
C．由C（s，石墨）=C（s，金刚石）△H=+1.90kJ/mol可知，石墨没有金刚石稳定
D．在101kPa时，2g的氢气完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ热量，氢气燃烧的热化学方程式表示为：2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=-285.8kJ/mol
3．下列说法正确的一组是（　　）
①不溶于水的盐（CaCO3、BaSO4等）都是电解质 
②酸、碱、盐都是强电解质
③0.5mol•L-1 所有一元酸中氢离子浓度都是0.5mol•L-1    
④电解质在通电情况下才能发生电离  
⑤电解质溶液导电的原因是在溶液中有自由移动的阴阳离子
⑥熔融的电解质都能导电．
A．①③⑤⑥B．②④⑤⑥C．只有⑤D．只有⑤⑥

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