题目内容

工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，Fe2O3等）提取Al2O3做冶炼铝的原料，由熔盐电解法获得的粗铝中含一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝．工艺流程如下图所示：

（已知：NaCl熔点为801℃；AlCl3在181℃升华）
（1）向滤液中通入过量CO2所发生反应的离子方程式为
 
．
（2）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，则铝和氧化铁反应的化学方程式为
 
．
（3）将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮而除去．气泡的主要成分除Cl2外还含有
 
．固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在
 
．
（4）镀铝电解池中，金属铝为阳极，熔融盐电镀液中铝元素主要以AlCl4-形式存在，则阳极的电极反应式为
 
．
（5）钢材镀铝后，抗腐蚀性能会大大增强，其原因是
 
．
考点：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,元素及其化合物
分析：流程分析可知，铝土矿加入氢氧化钠溶液浸取过滤，滤液中加入过量二氧化碳得到氢氧化铝沉淀，焙烧得到氧化铝，氧化铝电解得到粗铝，粗铝在坩埚中精炼高温通入氯气，将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮而除去，得到高纯铝液，气体冷却得到氯化铝固体，镀铝电解池中，金属铝为阳极，熔融盐电镀液中铝元素主要以AlCl4-形式存在，通过电镀在表面镀铝；
（1）滤液中含有偏铝酸钠，通入过量CO2发生反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢根离子；
（2）根据氧化铁和石英砂（主要成分是二氧化硅）能分别与铝发生置换反应来书写方程式；
（3）根据题中信息：NaCl熔点为801℃；AlCl3在181℃升华，在结合物质之间的反应来分析；
（4）电镀池中镀件金属作阳极，金属发生氧化反应；
（5）根据氧化铝的性质来回答．
解答： 解：（1）滤液中含有偏铝酸钠，通入过量CO2所发生反应的离子方程式为：AlO2-+2H2O+CO2=Al（OH）3↓+HCO3-；
故答案为：AlO2-+2H2O+CO2=Al（OH）3↓+HCO3-；
（2）氧化铁和二氧化硅分别与铝发生的是置换反应（单质和化合物发生反应生成新单质和化合物的反应），即铝和氧化铁高温反应生成铁和氧化铝，反应的化学方程式为：2Al+Fe2O3
 高温 
.
 
Al2O3+2Fe；
故答案为：2Al+Fe2O3
 高温 
.
 
Al2O3+2Fe；
（3）粗铝含有一定量的金属钠和氢气，钠、铝和氯气反应生成了氯化钠和氯化铝，氢气和氯气发生反应生成氯化氢，其中氯化钠熔点为801℃，较高，是固态杂质随气泡上浮，气泡的主要成分除Cl2外还含有H2、HCl、AlCl3；
故答案为：H2、HCl、AlCl3；NaCl；
（4）电镀池中镀件金属铝作阳极，金属铝失电子发生氧化反应，Al-3e-+4Cl-=AlCl4-；
故答案为：阳极；Al-3e-+4Cl-=AlCl4-；
（5）铝金属表面形成的致密氧化铝膜具有保护作用，致密的氧化膜能隔绝钢材与空气中的O2、CO2和H2O等接触，使电化学腐蚀和化学腐蚀不能发生；
故答案为：表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀或致密的氧化铝膜将环境中的电解质溶液与内层金属隔离．
点评：本题是一道有关金属的工业制备知识题目，考查角度广，难度较大．
练习册系列答案
相关题目
某研究性学习小组探究FeSO4的化学性质和用途．回答下列问题：
（一）利用下图装置探究FeSO4的稳定性和用途．（绿矾成分为FeSO4?7H2O）

（1）Ⅱ中有白色沉淀生成，说明FeSO4固体分解生成了
 
．
A．Fe2O3　　　　　B．FeO　　　　　C．SO3 　　　　　D．SO2
（2）Ⅲ中溴水是用来检验是否有SO2气体生成，涉及的化学方程式为
 
，实验中，观察到溴水褪色，据此推测FeSO4分解最有可能被氧化的元素是
 
．
（3）NaOH的作用是吸收SO2气体，请写出反应化学方程式：
 
．
（二）探究FeSO4中Fe2+还原性：
（4）证明FeSO4有较强的还原性，完成下表步骤二及其现象．
实验步骤实验预期现象及结论
步骤一：取少量的FeSO4固体与试管中，加入一定量水溶解．
 		\
步骤二：
 

 
 
（三）硫酸亚铁用途探究
（6）缺铁性贫血往往口服硫酸亚铁，当用硫酸亚铁制成药片时，外表包有一层特殊的糖衣，其作用是
 
．

现用如下方法合成高效、低毒农药杀灭菊酯 （）：

（1）B的结构简式是
 
；合成G的反应类型是
 
．
（2）有关A的下列说法正确的是
 
（填序号）．
a．A与苯互为同系物
b．A的核磁共振氢谱有5个峰
c．充分燃烧等物质的量A和环己烷消耗氧气的量相等
d．A的所有原子可能处在同一平面上
e．A不能使酸性KMnO4溶液褪色
（3）写出反应 F+I→杀灭菊酯的化学方程式：
 
．
（4）写出C在高温高压、催化剂条件下与足量氢氧化钠水溶液充分反应的化学方程式：
 

（5）D在硫酸存在下发生水解生成J：D 
H2O
H2SO4
J，写出符合下列要求的J的所有同分异构体的结构简式：
 
．
①苯环上有两个位于间位的取代基；②能水解成两种有机物；③可以银镜反应．
（6）X与F互为同分异构体，X苯环上有三个取代基且含有结构，则符合此条件的F共有
 
种．
二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一，科学家利用NaOH溶液喷淋“捕捉”空气中的CO2（如图1）．
（1）NaOH溶液喷成雾状的目的是
 
．
（2）若使用1.0mol/L 800mL的NaOH溶液吸收11.2L（标准状况）的CO2，反应的离子方程式为
 
，所得溶液中，n（CO32-）、n（H2CO3）、n（H+）、n（OH-）的关系为
 
=0.3mol．
（3）以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[CO（NH2）2]．已知：
①2NH3（g）+CO2（g）=NH2CO2NH4（s）△H=-159.47kJ?mol-1
②NH2CO2NH4（s）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=+116.49kJ?mol-1
③H2O（l）=H2O（g）△H=+88.0kJ?mol-1
试写出NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式
 
．
（4）以CO2与H2为原料还可合成液体燃料甲醇（CH3OH），其反应的化学方程为：
CO2（g）+3H2（g）  CH3OH（g）+H2O（g）△H＜0．现将1mol CO2和3mol H2充入
容积为2L的密闭容器中发生上述反应，下列说法正确的是
 
．
A．若保持恒温，当容器中n（CH3OH）：n（H2O）为1：1时，该反应已达平衡状态
B．若保持恒温，当容器内气体压强恒定时，该反应已达平衡状态
C．若其他条件不变，实验结果如图2所示（ T1、T2均大于300℃），则平衡常数：K（T1）＜K （T2）
D．保持温度不变，当反应已达平衡时，若向容器中再充入1mol CO2和3mol H2，当达到新平衡时，n（CH3OH）：n（H2）将升高；
（5）一小块未被氧化的金属钠在CO2中加热，使其充分反应．
①反应所得固体产物中n （Na）：n （O）=6：7．
②反应所得固体溶于水无气体产生，静置，取上层清液加过量BaCl2溶液产生白色沉淀，再滴加酚酞，溶液呈红色．写出CO2与金属钠反应的化学方程式
 
．
某化学课外兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应情况，设计了如图1所示装置进行有关实验：
（1）先关闭活塞a，将6.4g铜片和12mL18mol/L的浓硫酸放在圆底烧瓶中共热至反应完毕，发现烧瓶中还有铜片剩余．再打开活塞a，将气球中的氧气缓缓挤入圆底烧瓶，最后铜片完全消失．
①写出上述过程中烧瓶内发生的化学方程式：
打开活塞a之前
 
，
打开活塞a之后
 
．
②B是用来收集实验中产生的气体的装置，但集气瓶内的导管未画全，请在图2把导管补充完整．

（2）实际上，在打开活塞a之前硫酸仍有剩余．为定量测定余酸的物质的量，甲、乙两学生进行了如下设计：
①甲学生设计方案是：先测定铜与浓硫酸反应产生SO2的量，再通过计算确定余酸的物质的量．他测定SO2的方法是将装置A产生的气体缓缓通过装置D，从而测出装置A产生气体的体积（已折算成标准状况）．你认为甲学生设计的实验方案能否准确求得余酸的物质的量
 
（填“能”或“不能”），若不能，请在D装置的基础上进行改进，写出最简单的改进方法
 
（若能，此空不填）．
②乙学生设计的方案是：将反应后的溶液冷却后全部移入到烧杯中稀释，并按正确操作配制100mL溶液，再取20mL于锥形瓶中，用酚酞作指示剂，用标准氢氧化钠溶液进行滴定[已知：Cu（OH）2开始沉淀的PH约为5]，再求出余酸的物质的量．你认为乙学生设计的实验方案能否准确求得余酸的物质的量
 
（填“能”或“不能”），理由是
 
．
为了研究氯水能否和碳酸钙发生化学反应，某学生设计如下实验：

实验一：向盛有饱和氯水的锥形瓶中加入大理石，并充分振荡，观察到氯水的黄绿色褪去并同时产生少量气体．
实验二：取上述实验一后锥形瓶中清液，进行如下实验：
（1）该清液滴在有色布条上有极强的漂白作用．
（2）该清液中滴加碳酸钠溶液产生白色沉淀．
（3）该清液中滴加稀盐酸可产生大量气体．
（4）该清液加热后变浑浊并产生大量气体．
实验三：该学生设想用下列装置收集实验二中产生的气体作进一步检验．
回答下列问题：
（1）在实验二中，清液滴在有色布条上有极强的漂白作用说明该清液中含有
 
（写化学式）；清液中滴加碳酸钠溶液产生白色沉淀说明该清液中含有
 
离子；清液加热后产生浑浊的原因是因为生成了
 
（用化学式表示）．
（2）实验三中，洗气装置内的洗涤液一般用
 
溶液．
（3）在反应物的量相同情况下，该学生尝试用集气装置A和集气装置B分别和洗气装置相连来收集气体．选用集气装置
 
（选填“A”或“B”）可收集到更多的气体．经试验，该学生最终选用集气装置B进行下一步实验．其选择装置B的原因是
 

（4）该学生通过上述实验，写出了氯水和碳酸钙反应的化学方程式为
 
．
SO2、NO是大气污染物．吸收SO2 和NO，获得Na2S2O4和NH4NO3产品的流程图如下（Ce为铈元素）：

（1）装置Ⅰ中生成HSO3-的离子方程式为
 
．
（2）含硫各微粒（H2SO3、HSO3-和SO32-）存在于SO2与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数X（i）与溶液pH 的关系如图1所示．

①下列说法正确的是
 
（填字母序号）．
a．pH=8时，溶液中c（HSO3-）＜c（SO32-）
b．pH=7时，溶液中c（Na+）=c（HSO3-）+c（SO32-）
c．为获得尽可能纯的NaHSO3，可将溶液的pH控制在4～5左右
②向pH=5的NaHSO3溶液中滴加一定浓度的CaCl2溶液，溶液中出现浑浊，pH降为2，用化学平衡移动原理解释溶液pH降低的原因：
 
．
（3）装置Ⅱ中，酸性条件下，NO被Ce4+氧化的产物主要是NO3-、NO2-，写出生成NO3-的离子方程式
 
．
（4）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce4+，其原理如图2所示．
①生成Ce4+的电极反应式为
 
．
②生成Ce4+从电解槽的
 
（填字母序号）口流出．
（5）已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO2-的浓度为a g?L-1，要使1m3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的O2
 
L．（用含a代数式表示，计算结果保留整数）
高铁酸钾（K2FeO4）是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂．利用Fe（NO2）3、NaClO和KOH等为原料制备高铁酸钾的生产流程如下：

已知：NaOH和NaClO的混合液是通过氯气和烧碱溶液反应制取的．
（1）第①步所加人的混合液中仅含三种溶质，除NaOH和NaClO外，还含有
 
 （填化学式）
（2）写出第①步中Na0H、NaC10与Fe（NQ3）3发生反应的离子方程式：
 

（3）Fe（NO2）3溶液的浓度对产品的产率有较大的影响，现要配制1000mL5mol．L-Fe（NO3）3溶液，需要的玻璃仪器有量筒、烧杯、
 
、
 
、
 
．第③步说明此温度下K2FeO4的溶解度
 
（填“＞”、“＜”或“=”）Na2FeO4的溶解度．
（4）若第②步所加NaOH溶液中含有160g NaOH．实验结束后，将第②、③步所得滤液以及第④步所得洗涤液全部收集，恰好可得8L混合液，测得其中Na+浓度为2.5mol．L-，则理论上制得的纯K2FeO4的质量为
 
．（假定各步均恰好反应完全）
下列各组物质的水溶液不用试剂无法鉴别出来的是（　　）
A、NaOH、AlCl3
B、CuSO4、BaCl2
C、NaAlO2、HCl
D、MgCl2、AlCl3

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