Question

5．甲、乙、丙三位同学按下列方法制取氢氧化铝，请你参与并回答有关问题．
甲：用可溶性铝盐与稀氨水反应制取氢氧化铝．写出该反应的离子方程式：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．
乙：根据图电解装置制取氢氧化铝．请回答：
（1）电源中A极是正极，铝极的电极反应式为Al-3e^-=Al³⁺，；
（2）从原理分析，电解质NaCl的作用是增强导电能力．
丙：利用铝屑、稀H₂SO₄、NaOH溶液为主要原料制取Al（OH）₃固体．
（1）先设计了如下三种方案：
ⅠAl³⁺→Al（OH）₃
ⅡAl→AlO₂^-→Al（OH）₃
Ⅲ
从节省原料的角度分析，你认为最合理的方案是Ⅲ．（填Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ）
（2）设计了如下实验步骤：
①配制500mL 0.5mol•L^-1NaOH溶液所用到的仪器有：托盘天平（含砝码）、烧杯、玻璃棒、500mL容量瓶、胶头滴管；
②在烧杯A中加入50mL 0.5mol•L^-1NaOH溶液，再加入足量铝屑给溶液稍加热．其作用是除去铝粉表面的Al₂O₃，用蒸馏水把铝屑冲洗，干燥后称其质量为m₁g（全部用于制氢氧化铝）；
③在盛有适量稀H₂SO₄的烧杯B中放入$\frac{{m}_{1}}{4}$g（含m₁的式子表示）铝屑，充分搅拌使铝屑反应完全；
④在盛有适量浓NaOH溶液的烧杯C中入一定质量的铝屑，充分搅拌使铝屑反应完全．该反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
⑤将烧杯B和烧杯C中的溶液混合，得到氢氧化铝白色沉淀；
⑥将沉淀过滤、洗涤、干燥得Al（OH）₃固体m₂g．
试计算此实验中Al（OH）₃的产率是$\frac{9{m}_{2}}{26{m}_{1}}$×100%．

Answer 1

分析 甲：可溶性铝盐与氨水反应可以获得氢氧化铝沉淀，离子方程式为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
乙：（1）铝单质转化为氢氧化铝中+3价的铝是发生氧化反应，铝单质是阳极，所以A是正极；铝电极的电极反应式为：Al-3e^-=Al³⁺；
（2）氯化钠组成中各离子未参与电极反应，所以其作用是增强溶液的导电性；
丙：（1）生成1mol的氢氧化铝，Ⅰ中消耗1.5mol的硫酸、3mol的氢氧化钠和1mol的铝；
Ⅱ消耗0.5mol的硫酸、1mol的氢氧化钠和1mol的铝；Ⅲ中消耗0.375mol的硫酸、0.75mol的氢氧化钠；综上所述Ⅲ中节省原料；
（2）①根据实验操作步骤以及玻璃仪器的作用选取仪器；
②除去铝粉表面的氧化膜；
③根据Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH） ₃↓，可知与酸反应的铝占整个铝的$\frac{1}{4}$；
④铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与氢气，反应的化学方程式为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
⑥Al（OH）₃的产率是$\frac{实际产量}{理论产量}×100%$．

解答 解：甲：可溶性铝盐与氨水反应可以获得氢氧化铝沉淀，离子方程式为Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
乙：（1）铝单质转化为氢氧化铝中+3价的铝是发生氧化反应，铝单质是阳极，所以A是正极；铝电极的电极反应式为：Al-3e^-=Al³⁺，故答案为：Al-3e^-=Al³⁺；
（2）氯化钠组成中各离子未参与电极反应，所以其作用是增强溶液的导电性，故答案为：增强导电能力；
丙：（1）生成1mol的氢氧化铝，Ⅰ中消耗1.5mol的硫酸、3mol的氢氧化钠和1mol的铝；
Ⅱ消耗0.5mol的硫酸、1mol的氢氧化钠和1mol的铝；Ⅲ中消耗0.375mol的硫酸、0.75mol的氢氧化钠；综上所述Ⅲ中节省原料，
故答案为：Ⅲ；
（2）①托盘天平（含砝码）、烧杯、玻璃棒、500 mL容量瓶、胶头滴管，故答案为：500 mL容量瓶、胶头滴管；
②烧杯A中加入50mL 0.5mol•L^-1NaOH溶液，再加入足量铝屑给溶液稍加热是除去铝粉表面的Al₂O₃，故答案为：除去铝粉表面的Al₂O₃；
③根据Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH） ₃↓，可知与酸反应的铝占整个铝的$\frac{1}{4}$，所以在盛有适量稀H₂SO₄的烧杯B中放入$\frac{{m}_{1}}{4}$，故答案为：$\frac{{m}_{1}}{4}$；        
④铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与氢气，反应的化学方程式为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，故答案为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
⑥Al（OH）₃的产率是$\frac{{m}_{2}g}{\frac{{m}_{1}}{27}×78}$=$\frac{9{m}_{2}}{26{m}_{1}}$×100%，故答案为：$\frac{9{m}_{2}}{26{m}_{1}}$×100%．

点评 本题考查了离子反应方程式的书写、电解的原理制取氢氧化铝和一定物质的量浓度溶液的配制步骤以及用到的仪器，难度不大，注意实验的基本操作方法和注意事项．