Question

1．铝（熔点660℃）是一种应用广泛的金属，工业上用A1₂O₃（熔点2045℃）和冰晶石（Na₃AlF₆，六氟合铝酸钠）混合熔融后电解制得．回答下列问题：
（1）冶金工业上常用金属铝作还原剂冶炼钒、铬、锰，铝与V₂O₅在高温下反应的化学方程式为3V₂O₅+10Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 6V+5Al₂O₃
（2）将打磨过的铝片在酒精灯火焰上加热，可观察到铝熔化而不滴落，原因是铝表面很快形成致密氧化膜，其熔点高于铝；铝是活泼金属，但打磨过的铝片投入沸水中不易观察到有气泡产生．若将铝片用饱和Hg（NO₃）₂溶液浸泡数分钟，取出后迅速洗净，可制得俗称“铝汞齐”的铝汞合金．铝汞齐露置在空气中，表面会快速生长出蓬松的白毛（A1₂O₃）口若将新制的铝汞齐放入水中，可迅速反应产生气泡，该反应的化学方程式为2Al+6H₂O=2Al（OH）₃+3H₂↑；铝汞齐的化学性质变得“活泼”的原因可能是表面不容易形成致密氧化膜
（3）将0.1molL^-1AlCl₃溶液和10%NH₄F溶液等体积混合，充分反应后滴加氨水，无沉淀析出．则AlC1₃与NH₄F反应的化学方程式为AlCl₃+NH₄F=（NH₄）₃AlF₆+3NH₄Cl；该实验所用试管及盛装NH₄F溶液的试剂瓶均为塑料材质，原因是氟化铵中的氟离子水解生成氢氟酸，氢氟酸能够与玻璃中二氧化硅反应，对玻璃有强烈的腐蚀性而对塑料则无腐蚀性
（4）饮用水中的NO₃^一对人类健康会产生危害．为了降低饮用水中NO₃^-的浓度，有研究人员建议在碱性条件下用铝粉将NO₃^-还原为N₂，该反应的离子方程式为10Al+6NO₃^-+4OH^-=10AlO₂^-+3N₂↑+2H₂O，此方法的缺点是处理后的水中生成了AlO₂^-，仍然可能对人类健康产生危害，还需要对该饮用水进行一系列后续处理．
已知25℃时，K_sp[Al（OH）₃]=1.3×10^-33
Al（OH）₃?AlO${\;}_{2}^{-}$+H^-+H₂O K=1.0×10^-13
25℃时，若欲使上述处理后的水中AlO₂^-浓度降到1.0×l0^-6mol•L^-1，则应调节至pH=7，此时水中c（Al³⁺）=1.3×10^-12mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）依据铝热反应原理，三氧化二钒与铝反应生成氧化铝和钒；
（2）铝与氧气反应生成氧化铝的熔点高；铝与水反应生成氢氧化铝和氢气；铝汞齐的化学性质变得“活泼”的原因可能汞做溶剂，隔绝空气使铝表面不容易形成致密氧化膜；
（3）氯化铝与氟化铵反应生成六氟合铝酸铵和氯化铵；氟化铵水解生成氢氟酸，氢氟酸能够与玻璃中二氧化硅反应；
（4）根据题干信息，反应物为：铝、NO₃^-、OH^-，生成物为：N₂、H₂O、碱性条件下铝参加反应生成物还有AlO₂^-，根据电子守恒和原子守恒书写方程式；
依据Al（OH）₃?AlO₂^-+H⁺+H₂O K=1.0×10^-13，结合水中AlO₂^-浓度降到1.0×10^-6mol•L^-1，计算氢离子浓度；依据K_sp[Al（OH）₃]=1.3×10^-33，计算铝离子浓度．

解答 解：（1）三氧化二钒与铝反应生成氧化铝和钒，化学方程式：3V₂O₅+10Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 6V+5Al₂O₃，
故答案为：3V₂O₅+10Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 6V+5Al₂O₃；
（2）铝与氧气反应生成氧化铝的熔点高，铝表面很快形成致密氧化膜，其熔点高于铝，则铝箔在酒精灯火焰上加热熔化但不滴落；铝与水反应生成氢氧化铝和氢气，化学方程式：2Al+6H₂O=2Al（OH）₃+3H₂↑；
故答案为：铝表面很快形成致密氧化膜，其熔点高于铝；2Al+6H₂O=2Al（OH）₃+3H₂↑；表面不容易形成致密氧化膜；
（3）氯化铝与氟化铵反应生成六氟合铝酸铵和氯化铵，方程式：AlCl₃+NH₄F=（NH₄）₃AlF₆+3NH₄Cl；氟化铵中的氟离子水解生成氢氟酸，氢氟酸能够与玻璃中二氧化硅反应，对玻璃有强烈的腐蚀性而对塑料则无腐蚀性，所以该实验所用试管及盛装NH₄F溶液的试剂瓶均为塑料材质；
故答案为：AlCl₃+NH₄F=（NH₄）₃AlF₆+3NH₄Cl；氟化铵中的氟离子水解生成氢氟酸，氢氟酸能够与玻璃中二氧化硅反应，对玻璃有强烈的腐蚀性而对塑料则无腐蚀性；
（4）根据题干信息，反应物为：铝、NO₃^-、OH^-，生成物为：N₂、H₂O、碱性条件下铝参加反应生成物还有AlO₂^-，反应中Al→AlO₂^-，Al元素化合价由0价升高为+3价，共升高3价，NO₃^-→N₂↑，氮元素化合价由+5价降低为0价，共降低10价，化合价升降最小公倍数为30，依据原子个数守恒、电荷守恒反应的离子方程式：10Al+6NO₃^-+4OH^-=10AlO₂^-+3N₂↑+2H₂O；水中AlO₂^-浓度降到1.0×10^-6mol•L^-1，依据Al（OH）₃?AlO₂^-+H⁺+H₂O K=1.0×10^-13，则C（H⁺）=$\frac{1.0×1{0}^{-13}}{1.0×1{0}^{-6}}$=10^-7（mol/L）；
pH=7，C（OH-）=10^-7mol/L，：25℃时，K_sp[Al（OH）₃]=1.3×10^-33，则C（Al³⁺）=$\frac{1.3×1{0}^{-33}}{（1{0}^{-7}）^{3}}$=1.3×10^-12mol•L^-1；
故答案为：10Al+6NO₃^-+4OH^-=10AlO₂^-+3N₂↑+2H₂O；7；1.3×10^-12mol•L^-1．

点评 本题为综合题，考查了金属的冶炼、离子方程式、方程式的书写、有关平衡常数的计算，熟悉铝及其化合物性质是解题关键，注意化学平衡常数的应用，题目难度中等．