Question

聚合氯化铝是一种新型净水剂，其中铝的总浓度（用Al_T表示）包括三类‘“主要为Al³⁺的单体形态铝总浓度（用Al_a表示）；主要为[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺的中等聚合形态铝总浓度（用Al_b表示）和Al（OH）₃胶体形态铝总浓度（用A1_c表示）．
（1）一定条件下，向1.0mo!?L^-1 AlCl₃溶液中加入0.6mol?L^-1的NaOH溶液，可制得Al_b含量约为86%的聚合氯化铝溶液．写出生成[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺的离子方程式：

 

（2）用膜蒸馏（简称MD）浓缩技术将聚合氯化铝溶液进行浓缩，实验过程中不同浓度聚合氯化铝中铝形态分布（百分数）如下表：

AlT/（mol?L-1）	Ala/%	Alb/%	A1c/%
0.208	1.4	86.6	12.0
0.489	2.3	86.2	11.5
0.884	2.3	88.1	9.6
1.613	3.1	87.0	9.9
2.520	4.5	88.2	7.3

①在一定温度下，Al_T越大．pH

 

（填“越大”、“越小”或“不变”）．
②如将Al_T=2.520mol?L^-1的聚合氯化铝溶液加水稀释，则稀释过程中主要发生反应的离子方程式：

 

．
③膜蒸馏料液温度对铝聚合形态百分数及铝的总浓度的影响如图1．当T＞80℃时，Al_T显著下降的原因是

 

．

（3）真空碳热还原一氧化法可实现由铝土矿制备金属铝，相关反应的热化学方程式如下：
①Al₂O₃（s）+AlCl₃（g）+3C（s）=3AlCl（g）+3CO（g）△H₁=a kJ?mol^-1
②3AlCl（g）=2Al（l）+AlCl₃（g）△H₂=b kJ?mol^-1
则反应Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）++3CO（g）△H=

 

kJ?mol^-1（用含a、b的代数式表示）．反应①常压下在1900℃的高温下才能进行，说明△H

 

0（填“＞”“=”或“＜”）．
（4）一种铝空气电池结构如图2所示，写出该电池正极的电极反应式

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,电极反应和电池反应方程式,镁、铝的重要化合物

专题：化学反应中的能量变化,电化学专题

分析：（1）根据题意结合原子守恒、电荷守恒可得生成[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺，的离子方程式；
（2）①在一定温度下，AlT越大，Ala%越大，Alc%越小，所以pH减小；
②如将AlT=2.520mol?L^-1的聚合氯化铝溶液加水稀释，则稀释过程中主要发生反应的离子方程式：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（胶体）+3H⁺；
③膜蒸馏料液温度对铝聚合形态百分数及铝的总浓度的影响如图所示，当T＞80℃时，AlT显著下降的原因是温度升高，水解程度加大，产生氢氧化铝沉淀；
（3）由盖斯定律可知：①+②得Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）△H；反应①常压下在1900℃的高温下才能进行，说明该反应是吸热反应，△H＞0；
（4）在该铝空气电池中活动性强的Al作负极，活动性弱的C作正极．由于是在中性介质中，所以发生的是吸氧腐蚀．

解答： 解：（1）向1.0mo!?L^-1 AlCl₃溶液中加入0.6mol?L^-1的NaOH溶液，可制得Al_b含量约为86%的聚合氯化铝溶液，根据题意结合原子守恒、电荷守恒可得生成[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺，的离子方程式为13Al³⁺+32OH^-+8H₂O=[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺，
故答案为：13Al³⁺+32OH^-+8H₂O=[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺；
（2）①在一定温度下，AlT越大，Ala%越大，Alc%越小，所以pH减小，故答案为：减小；
②如将AlT=2.520mol?L^-1的聚合氯化铝溶液加水稀释，则稀释过程中主要发生反应的离子方程式：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（胶体）+3H⁺，
故答案为：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（胶体）+3H⁺；
③膜蒸馏料液温度对铝聚合形态百分数及铝的总浓度的影响如图所示，当T＞80℃时，AlT显著下降的原因是温度升高，水解程度加大，产生氢氧化铝沉淀，
故答案为：温度升高，水解程度加大，产生氢氧化铝沉淀；
（3）①Al₂O₃（s）+AlCl₃（g）+3C（s）=3AlCl（g）+3CO（g）△H₁=a kJ?mol^-1
②3AlCl（g）=2Al（l）+AlCl₃（g）△H₂=b kJ?mol^-1
由盖斯定律可知①+②可得Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）△H=△H₁+△H₂=（a+b）kJ/mol，
反应①常压下在1900℃的高温下才能进行，说明该反应是吸热反应，△H＞0，
故答案为：a+b；＞；
（4）在该铝空气电池中活动性强的Al作负极，活动性弱的C作正极．由于是在中性介质中，所以发生的是吸氧腐蚀．该电池正极的电极反应式是O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

点评：本题考查了物质的存在形式与溶液酸碱性的关系、离子方程式的书写、反应的热效应的判断、原电池反应原理的知识，综合性非常强，难度较大，很好的体现了学生对化学反应原理的掌握程度．