Question

15．硝酸铝是一种常用皮革鞣剂．工业上用铝灰（主要合Al、A1₂O₃、Fe₂O₃等）制取硝酸铝晶体[Al（NO₃）₃﹒nH₂O]的流程如下：

完成下列填空：
（1）用NaOH固体配制30%的NaOH溶液，所需的玻璃仪器除烧杯外，还有b．
a容量瓶    b量筒    c．烧瓶
（2）反应Ⅱ中为避免铝的损失，需要解决的问题是如何控制反应终点（或硝酸的用量）．
（3）从反应Ⅲ所得溶液中得到硝酸铝晶体的步骤依次是：减压蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、低温烘干．
（4）有人建议将反应Ⅱ、Ⅲ合并以简化操作，说明工业上不采用这种方法的原因产物中杂质NaNO₃的含量较高．
（5）某同学在实验室用铝灰制各硝酸铝晶体，其流程如下：

氢氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3
开始沉淀pH	1.9	4.2
沉淀完全pH	3.2	5.4

调节pH的目的是将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀除去．为使得到的硝酸铝晶体较纯净，所用的X物质可以是BC（填编号）．
A．氨水          B．铝         c．氢氧化铝     D．偏铝酸钠
（6）该实验室制法与工业上制法相比，其缺点是产生大量污染性气体NO等．
（7）称取7.392g硝酸铝晶体样品，加热灼烧使其分解完全，最终得到1.020gAl₂O₃，计算硝酸铝晶体样品中结晶水的数目为8.7．

Answer 1

分析 铝灰用氢氧化钠溶液溶解，铝、氧化铝反应生成偏铝酸钠，氧化铁不反应，过滤分离，滤液中含有偏铝酸钠、未反应的NaOH，加入硝酸中和未反应的氢氧化钠，并将偏铝酸钠转化为氢氧化铝沉淀，再过滤分离，氢氧化铝沉淀再用硝酸溶解，得到硝酸铝溶液，经过减压蒸发得到硝酸铝晶体．
（1）用天平称量氢氧化钠，用量筒量取水的体积，在烧杯中溶解，并用玻璃棒搅拌；
（2）硝酸属于强酸，可以溶解氢氧化铝沉淀，导致Al元素损失，应控制硝酸用量，可以利用弱酸将偏铝酸根转化为氢氧化铝沉淀而不溶解；
（3）从反应Ⅲ所得溶液中得到硝酸铝晶体的步骤依次是：减压蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、低温烘干；
（4）产物中杂质NaNO₃的含量较高；
（5）铝灰用稀硝酸溶解，Al、A1₂O₃、Fe₂O₃均反应得到硝酸铝、硝酸铁，加入X调节pH使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤除去，加入的X能与酸反应切不能引入新杂质；
（6）反应会生成NO，污染空气；
（7）硝酸铝晶体分解得到氧化铝、水，另外物质相当于N₂O₅，根据Al元素守恒计算硝酸铝的物质的量，
结合N原子守恒计算N₂O₅的质量，可得结晶水的质量，再计算结晶水的物质的量，进而计算结晶水数目．

解答 解：铝灰用氢氧化钠溶液溶解，铝、氧化铝反应生成偏铝酸钠，氧化铁不反应，过滤分离，滤液中含有偏铝酸钠、未反应的NaOH，加入硝酸中和未反应的氢氧化钠，并将偏铝酸钠转化为氢氧化铝沉淀，再过滤分离，氢氧化铝沉淀再用硝酸溶解，得到硝酸铝溶液，经过减压蒸发得到硝酸铝晶体．
（1）用天平称量氢氧化钠，用量筒量取水的体积，在烧杯中溶解，并用玻璃棒搅拌，还需要量筒，
故答案为：b；
（2）硝酸属于强酸，可以溶解氢氧化铝沉淀，导致Al元素损失，需要解决的问题是：如何控制反应终点（或硝酸的用量），可以将加入稀硝酸改为通入过量CO₂，避免氢氧化铝沉淀溶解，
故答案为：如何控制反应终点（或硝酸的用量）；
（3）从反应Ⅲ所得溶液中得到硝酸铝晶体的步骤依次是：减压蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、低温烘干，
故答案为：冷却结晶、洗涤；
（4）反应Ⅱ、Ⅲ合并以简化操作，产物中杂质NaNO₃的含量较高，
故答案为：产物中杂质NaNO₃的含量较高；
（5）铝灰用稀硝酸溶解，Al、A1₂O₃、Fe₂O₃均反应得到硝酸铝、硝酸铁，加入X调节pH使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤除去，
加入的X能与酸反应切不能引入新杂质，故不能选氨水、偏铝酸钠，可以选择Al与氢氧化铝，
故答案为：将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀除去；BC；
（6）Al与稀硝酸反应会生成NO，污染空气，
故答案为：产生大量污染性气体NO等；
（7）硝酸铝晶体分解得到氧化铝、水，另外物质相当于N₂O₅，氧化铝的物质的量为$\frac{1.02g}{102g/mol}$=0.01mol，根据Al元素守恒，硝酸铝的物质的量为0.02mol，根据N原子守恒，可知N₂O₅为$\frac{0.02mol×3}{2}$=0.03mol，其质量为0.03mol×108g/mol=3.24g，故结晶水为质量为7.392g-1.02g-3.24g=3.132g，结晶水物质的量为$\frac{3.132g}{18g/mol}$=0.174mol，故结晶水数目为$\frac{0.174mol}{0.02mol}$=8.7，
故答案为：8.7．

点评 本题考查实验制备方案，侧重考查是对工艺流程的理解、分析与评价以及化学计算，是对学生综合能力的考查，需要学生具备知识的基础与灵活运用的能力，（7）中计算为易错点，学生不清楚发生的反应导致无法计算，难度中等．