Question

已知用NaAlO₂制备α-Al（OH）₃及能量转化关系如图：

（1）反应②的热化学方程式为

 

．
（2）根据上述能量转化关系，拜耳公司找到了一种简捷的从铝土矿获取Al₂O₃的方法，流程如下：

①物质A的化学式为

 

；
②步骤Ⅲ的化学反应方程式为

 

；检验步骤Ⅲ中沉淀是否洗净的方法是

 

；
③步骤Ⅱ采用冷却的方法析出α-Al（OH）₃，该措施的依据是

 

；
④工业上可电解上述产物Al₂O₃以获得Al，若获得2.7kg Al，则理论上消耗A的物质的量至少为

 

mol．有人提出用熔融Na[AlCl₄]与NaCl的混合物代替Al₂O₃进行电解获得Al，则阴极反应为

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题,化学反应中的能量变化

分析：（1）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，反应热也处于相应的系数进行相应的加减，构造目标热化学方程式；
（2）①铝土矿的主要成分是Al₂O₃和SiO₂等，加入A需将氧化铝转化为偏氯酸钠，应加碱；
②步骤Ⅲ为氢氧化铝分解生成氧化铝和水的反应；洗涤干净的方法是依据沉淀表面可能附着有的氯化钠，设计实验检验氯离子存在或钠离子的存在；
③根据反应②的热化学方程式分析解答；
④由生成的铝的质量根据化学方程式可以计算出需要的氧化铝的质量，根据Al₂O₃与NaOH反应的化学方程式，由氧化铝的质量可以计算氢氧化钠的物质的量；阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，

解答： 解：（1）①Al₂O_3（s）+2NaOH_（aq）=2NaAlO_2（aq）+H₂O_（l），△H=-520KJ/mol，③Al₂O_3（s）+3H₂O_（l）=2α-Al（OH）_3（s） △H=-620KJmol/mol，
依据盖斯定律

1

2

×（③-①）得：NaAlO_2（aq）+2H₂O_（l）=NaOH_（aq）+α-Al（OH）_3（s） △H=-50kJ/mol，
故答案为：NaAlO_2（aq）+2H₂O_（l）=NaOH_（aq）+α-Al（OH）_3（s） △H=-50kJ/mol；
（2）铝土矿中加入氢氧化钠溶液，氧化铝和二氧化硅与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和硅酸钠，则滤液Ⅰ为NaAlO₂和硅酸钠，加入氢氧化钙，生成硅酸钙沉淀，滤液Ⅱ为偏铝酸钠，可通入二氧化碳气体，生成氢氧化铝，煅烧可生成氧化铝，
①铝土矿的主要成分是Al₂O₃和SiO₂等，加入A需将氧化铝转化为偏氯酸钠，与NaOH反应：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，
故答案为：NaOH；
②步骤Ⅲ为氢氧化铝分解：2Al（OH）₃

△   .

3H₂O↑+Al₂O₃，洗涤干净的方法是依据沉淀表面可能附着有的氯化钠，设计实验检验氯离子存在或钠离子的存在，钠离子的存在检验比较简便，实验设计为：取最后一次洗涤液做焰色实验，如果火焰没有黄色则已经洗净，反之则未洗净，
故答案为：2Al（OH）₃

△   .

3H₂O↑+Al₂O₃；取最后一次洗涤液做焰色实验，如果火焰没有黄色则已经洗净，反之则未洗净；
③由反应②的热化学方程式NaAlO_2（aq）+2H₂O_（l）=NaOH_（aq）+α-Al（OH）_3（s） △H=-50kJ/mol可知：NaAlO₂水解生成α-Al（OH）₃为放热反应，冷却降温促使NaAlO₂水解正向移动或减少α-Al（OH）₃在强碱中的溶解，
故答案为：NaAlO₂水解生成α-Al（OH）₃为放热反应，冷却降温促使NaAlO₂水解正向移动或减少α-Al（OH）₃在强碱中的溶解；
④设需要电解的氧化铝物质的量为x
2Al₂O₃

电解  .

4Al+3O₂↑
2mol       4mol
x    

2700g

27g/mol

    x=50mol，根据Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O可知：氢氧化钠的物质的量为：100mol，
用熔融Na[AlCl₄]与NaCl的混合物代替Al₂O₃进行电解获得Al，阴极发生还原反应，电极反应式为：AlCl₄^-+3e^-=Al+4Cl^-，
故答案为：100；AlCl₄^-+3e^-=Al+4Cl^-．

点评：本题考查了热化学方程式的书写方法、二氧化硅和铝及其化合物的性质，为高频考点，侧重与学生的分析能力和实验能力的考查，把握流程中发生的化学反应为解答的关键，题目难度中等．