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- 2021-08-06 发布
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课时作业19 铝的提取及铝的化合物
时间:45分钟 满分:100分
一、选择题(每小题4分,共48分)
1.氢氧化铝[Al(OH)3]受热易分解,产生水并吸收热量,故可用作阻燃剂;它能与盐酸、NaOH溶液反应,是药物“胃舒平”的主要成分之一。实验室制备Al(OH)3的方法为Al2(SO4)3+6NH3·H2O === 2Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4,通常不选用NaOH溶液。下列判断不正确的是( A )
A.氢氧化铝的热稳定性好
B.“胃舒平”可用于治疗胃酸过多
C.氢氧化铝可灭火的原因之一是降低了可燃物的温度
D.实验室不用NaOH溶液制备Al(OH)3是因为NaOH会与Al(OH)3反应
解析:氢氧化铝受热易分解,所以氢氧化铝的热稳定性差,A项错误;“胃舒平”中含有氢氧化铝,可用于治疗胃酸过多,B项正确;氢氧化铝受热易分解,产生水并吸收热量,能够降低可燃物的温度,因此可以用于灭火,C项正确;Al(OH)3+NaOH===NaAlO2+2H2O,故实验室不用NaOH溶液制备Al(OH)3,D项正确。
2.从铝土矿中提取铝所涉及的下列反应中,属于氧化还原反应的是( D )
A.铝土矿溶于NaOH溶液中
B.NaAlO2溶液的酸化
C.灼烧氢氧化铝固体
D.电解熔融的氧化铝
解析:铝土矿溶于NaOH溶液中生成NaAlO2和H2O,没有元素化合价发生改变,为非氧化还原反应,A项不符合题意;NaAlO2溶液酸化后生成Al(OH)3和HCO,没有元素化合价发生改变,为非氧化还原反应,B项不符合题意;灼烧氢氧化铝固体生成Al2O3和H2O,没有元素化合价发生改变,为非氧化还原反应,C项不符合题意;电解熔融的氧化铝,反应中铝元素由+3价变为0价,为氧化还原反应,D项符合题意。
3.下列说法正确的是( D )
A.Al2O3难溶于水,不跟水反应,所以它不是Al(OH)3对应的氧化物
B.因为Al2O3是金属氧化物,所以它是碱性氧化物
C.Al2O3能与所有的酸和碱反应
D.Al2O3能与强酸和强碱反应
9
解析:Al2O3虽然难溶于水,但是2Al(OH)3Al2O3+3H2O,Al元素在Al2O3和Al(OH)3中的化合价相同,所以Al2O3是Al(OH)3对应的氧化物;金属氧化物与碱性氧化物是两个不同的概念,二者没有必然的联系,Al2O3是两性氧化物;Al2O3不能与H2CO3、氨水反应。
4.铝、氧化铝、氢氧化铝和可溶性铝盐分别与过量强碱溶液反应,其生成物有一定的规律。下列说法正确的是( C )
A.都有H2O生成
B.都有H2生成
C.都有AlO生成
D.都有Al3+生成
解析:2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑,Al2O3+2OH-===2AlO+H2O,Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O,Al3++4OH-===AlO+2H2O,据此可知C项正确。
5.下图表示AlCl3溶液与NaOH溶液的相互滴加,则下列说法中错误的是( B )
A.①线表示Al3+物质的量的变化
B.x表示AlCl3的物质的量
C.②③线表示Al(OH)3物质的量的变化
D.④线表示AlO物质的量的变化
解析:AlCl3溶液与NaOH溶液混合有两种方式:一种方式为向AlCl3溶液中逐滴滴加NaOH溶液,开始就有沉淀生成后沉淀溶解,且前后消耗NaOH的物质的量之比为31,显然符合本题意,则x表示NaOH的物质的量,B项错误;据此可判断A、C、D正确。另一种方式为向NaOH溶液中逐滴滴加AlCl3溶液,开始没有沉淀,后有沉淀,不符合本题。
6.下列离子方程式书写错误的是( A )
A.NaAlO2溶液中通入过量的CO2:2AlO+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+CO
B.Al(OH)3溶于NaOH溶液中:Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O
C.铝粉投入NaOH溶液中:2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑
D.Al2O3和过量NaOH溶液反应:Al2O3+2OH-===2AlO+H2O
9
解析:NaAlO2溶液中通入过量的CO2时,生成的应该是HCO。
7.有100 mL MgCl2和AlCl3的混合液,其中c(Mg2+)=0.2 mol/L,c(Cl-)=1.3 mol/L,要使Mg2+完全转化为Mg(OH)2且与Al3+恰好分离,至少需要2 mol/L NaOH溶液的体积为( A )
A.80 mL B.100 mL
C.120 mL D.110 mL
解析:溶液中阳离子为Mg2+、Al3+,阴离子只有Cl-。根据电荷守恒:2×0.2+3×c(Al3+)=1.3⇒c(Al3+)=0.3 mol/L。要使Mg2+和Al3+恰好分离,即Mg2+转化Mg(OH)2,而生成的Al(OH)3又恰好溶解。
n(NaOH)=2n(Mg2+)+4n(Al3+)=2×0.02+4×0.03=0.16 mol
V===0.08 L。
8.下列各组物质,不能按 (“→”表示反应一步完成)所示关系转化的是( C )
选项
a
b
c
A
Al2O3
NaAlO2
Al(OH)3
B
AlCl3
Al(OH)3
NaAlO2
C
Al
Al(OH)3
Al2O3
D
MgCl2
Mg(OH)2
MgO
解析:Al2O3和NaOH反应生成NaAlO2,NaAlO2和适量的稀盐酸反应生成Al(OH)3,Al(OH)3受热分解得Al2O3,A符合;AlCl3和氨水反应生成Al(OH)3,Al(OH)3和NaOH反应生成NaAlO2,NaAlO2和过量盐酸反应生成AlCl3,B符合;Al不能一步生成Al(OH)3,C不符合;MgCl2和NaOH反应生成Mg(OH)2,Mg(OH)2受热分解得MgO,MgO和盐酸反应生成MgCl2,D符合。
9.铝土矿的主要成分是氧化铝,还含有氧化铁和其他不溶于酸的杂质,工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝。下列说法错误的是( C )
A.①、②中除加试剂外,还需要进行过滤操作
B.a、b中铝元素的化合价相同
C.③中需要通入过量的氨气
D.④进行的操作是加热,且d一定是氧化铝
解析:①铝土矿中加入盐酸生成Al3+和Fe3+
9
,其他不溶于酸的杂质需要过滤除去,②滤液中加入过量NaOH溶液,Al3+转化为AlO、Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,需过滤除去Fe(OH)3沉淀,A、B项正确;向滤液中通入过量的二氧化碳,会生成Al(OH)3沉淀,Al(OH)3受热分解生成Al2O3,最后电解熔融的Al2O3得到Al,C项错误,D项正确。
10.使一镁铝合金粉末在过量稀H2SO4中溶解,在所得溶液中加入NaOH溶液,生成沉淀的质量W和加入NaOH溶液的体积V的关系如图所示,则该合金中镁和铝的质量之比为( D )
A.23 B.11
C.43 D.89
11.向1.0 mol·L-1的甲溶液中逐滴加入1.0 mol·L-1的乙溶液至过量,产生Al(OH)3沉淀的质量与所加入乙溶液的体积的关系如图所示。符合图中关系的是下列各组溶液中的( D )
选项
A
B
C
D
甲
AlCl3
NaOH
NaAlO2
AlCl3
乙
NaOH
AlCl3
HCl
NH3·H2O
解析:向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液,先产生沉淀,后沉淀溶解,A项不符合图中关系;向NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液,开始无沉淀,B项不符合图中关系;向NaAlO2溶液中逐滴加入盐酸,先产生沉淀,后沉淀溶解,C项不符合图中关系;向AlCl3溶液中逐滴加入氨水,产生沉淀,继续加入氨水沉淀不溶解,D项符合图中关系。
12.如图所示,下列说法不正确的是( A )
9
A.图Ⅰ表示向AlCl3溶液中滴加氨水至过量
B.图Ⅱ表示向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液至过量且边滴边振荡
C.图Ⅲ表示向NaAlO2溶液中滴加稀盐酸至过量且边滴边振荡
D.图Ⅳ表示向NaAlO2溶液中缓慢通入二氧化碳至过量
解析:向AlCl3溶液中滴加氨水,产生Al(OH)3沉淀,氨水过量时,Al(OH)3沉淀不溶解,A项错误。
二、非选择题(共52分)
13.(11分)从铝土矿(主要成分为Al2O3,还有少量杂质)中提取铝的工艺流程及步骤如下:
试回答下列问题:
(1)试剂X为NaOH溶液。
(2)操作Ⅰ、操作Ⅱ均为过滤(填操作名称),在实验室进行该操作时需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒。
(3)金属铝与氧化铁在高温下会发生剧烈的反应,该反应的化学方程式为2Al+Fe2O32Fe+Al2O3,请举一例该反应的用途:焊接铁轨(答案合理即可)。
(4)反应Ⅱ的离子方程式为AlO+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO。
9
(5)电解熔融氧化铝制取金属铝,若有0.6 mol电子发生转移,理论上能得到金属铝的质量是5.4 g。
解析:试剂X为NaOH溶液,Al2O3与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,溶液甲为NaAlO2、NaOH的混合溶液,过量的二氧化碳和偏铝酸钠溶液反应生成氢氧化铝和碳酸氢钠,离子方程式为AlO+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO,沉淀2为Al(OH)3,溶液乙为NaHCO3溶液。(3)金属铝与氧化铁在高温下的反应为2Al+Fe2O32Fe+Al2O3,铝热反应的应用有焊接铁轨、冶炼金属等。(5)设得到铝的质量为x。
2Al2O34Al+3O2↑ 转移电子
108 g 12 mol
x 0.6 mol
108 g12 mol=x0.6 mol,解得x=5.4 g。
14.(12分)某校化学兴趣小组用如图所示过程除去AlCl3中含有的Mg2+、K+杂质离子并尽可能减少AlCl3的损失。
请回答下列问题:
(1)写出混合物中加入足量氢氧化钠溶液时,溶液中发生反应的离子方程式:Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓,Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O。
(2)氢氧化钠溶液能否用氨水代替,为什么?不能,因为在Al3+与氨水反应生成Al(OH)3后,Al(OH)3不能与氨水继续反应,从而不能将Al(OH)3与Mg(OH)2分开。
(3)溶液a中存在的离子有Cl-、K+、AlO、OH-、Na+;在溶液a中加入盐酸时需控制盐酸的量,为什么?因为氢氧化铝能与强酸反应,所以在加入盐酸沉淀AlO时,需要控制盐酸的量,以防止部分AlO转化成Al3+。
为此,改进方法是通入过量二氧化碳气体。
解析:(1)加入足量氢氧化钠溶液,Mg2+可与OH-反应生成Mg(OH)2沉淀,Al3+先与OH-反应生成Al(OH)3,生成的Al(OH)3继续与OH-反应生成NaAlO2和H2O。(2)氢氧化钠溶液不能用氨水代替,因为在Al3+与氨水反应生成Al(OH)3后,Al(OH)3不能与氨水继续反应,从而不能将Al(OH)3与Mg(OH)2分开。(3)加入氢氧化钠溶液后除去了Mg2+,但又引入了Na+
9
,同时Al3+转化成了AlO;因为氢氧化铝能与强酸反应,所以在加入盐酸沉淀AlO时,需要控制溶液的pH,以防止部分AlO转化成Al3+;氢氧化铝只能与强碱或强酸反应,因此,可在溶液a中通入过量二氧化碳气体。
15.(14分)将一定质量的MgAl合金投入100 mL一定物质的量浓度的盐酸中,充分反应。向反应后的溶液中逐滴加入一定物质的量浓度的NaOH溶液,生成沉淀的质量与所加NaOH溶液的体积关系如图所示。
回答下列问题:
(1)原MgAl合金的质量是5.1_g,合金中Mg与Al的物质的量之比是11;
(2)所加NaOH溶液中溶质的物质的量浓度是5_mol·L-1;
(3)盐酸中溶质的物质的量浓度是6_mol·L-1。
(4)向含有0.1 mol NH4Al(SO4)2的溶液中逐滴加入5 mol·L-1 NaOH溶液,开始发现溶液中出现白色沉淀并逐渐增多,一段时间后有刺激性气味的气体(NH3)逸出,最后白色沉淀逐渐减少并最终消失。请在下图中画出生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液体积的关系示意图。
答案:
9
解析:分析题图可知,MgAl合金与盐酸反应时,盐酸过量,图像中OA段发生反应H++OH-===H2O,AB段发生反应Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓、Al3++3OH-===Al(OH)3↓,BC段发生反应Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O。(1)B点Mg2+、Al3+均完全转化为沉淀,Al(OH)3和Mg(OH)2的总质量为13.6 g,C点对应的沉淀为Mg(OH)2,其质量为5.8 g,所以n(Mg)=n[Mg(OH)2]=0.1 mol,金属镁的质量为2.4 g;n(Al)=n[Al(OH)3]==0.1 mol,则金属铝的质量为2.7 g,所以合金中Mg与Al的物质的量之比为11,合金的质量为5.1 g。(2)由(1)的分析可知n[Al(OH)3]=0.1 mol,则溶解Al(OH)3需要的NaOH的物质的量n(NaOH)=0.1 mol,BC段加入氢氧化钠溶液的体积为20 mL,所以c(NaOH)==5 mol·L-1。(3)当加入NaOH溶液的体积为120 mL时,溶液中溶质只有NaCl,可得n(HCl)=n(NaOH)=0.120 L×5 mol·L-1=0.6 mol,所以c(HCl)==6 mol·L-1。(4)据题意知,加入NaOH溶液时,NaOH先与Al3+反应生成Al(OH)3,再与NH反应,最后Al(OH)3溶解,反应的离子方程式依次为a.Al3++3OH-===Al(OH)3↓,b.NH+OH-===NH3·H2O,c.Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O,由NH4Al(SO4)2的物质的量为0.1 mol和c(NaOH)=5 mol·L-1,可求出反应a中生成n[Al(OH)3]=0.1 mol,消耗V(NaOH溶液)=60 mL,反应b消耗V(NaOH溶液)=20 mL,反应c消耗V(NaOH溶液)=20 mL,据此可画出相关图像。
16.(15分)把NaOH、MgCl2、AlCl3三种固体组成的混合物溶于足量水后,产生1.16 g白色沉淀,再向所得悬浊液中逐滴加入1.00 mol/L HCl溶液,加入HCl溶液的体积与生成沉淀的关系如图所示。试回答:
9
(1)A点的沉淀物的化学式为Mg(OH)2,B点的沉淀物的化学式为Mg(OH)2和Al(OH)3。
(2)写出A点到B点发生反应的离子方程式:AlO+H++H2O===Al(OH)3↓。
(3)原混合物中MgCl2的质量是1.90_g,AlCl3的质量是2.67_g,NaOH的质量是5.20_g。
(4)C点HCl溶液的加入量为130 mL。
解析:(1)向所得悬浊液中加入盐酸至10.0 mL时,沉淀质量不变,说明所得悬浊液中含NaOH,悬浊液中铝元素全部以偏铝酸根离子形式存在,A点的沉淀为Mg(OH)2;继续滴加盐酸时,盐酸与偏铝酸钠、水反应生成氢氧化铝沉淀,到B点时偏铝酸钠完全反应,B点的沉淀物为Mg(OH)2和Al(OH)3。(2)AB段为盐酸和偏铝酸钠、水反应生成氢氧化铝沉淀,反应的离子方程式为H2O+AlO+H+===Al(OH)3↓。(3)n[Mg(OH)2]==0.02 mol,根据镁原子守恒得n(MgCl2)=n[Mg(OH)2]=0.02 mol,则氯化镁的质量为0.02 mol×95 g/mol=1.90 g;AB段为盐酸和偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀,反应的离子方程式为H2O+AlO+H+===Al(OH)3↓,根据此段消耗盐酸的体积知,n(AlO)=1.00 mol/L×(0.03-0.01)L=0.02 mol,根据铝原子守恒得n(AlCl3)=n(AlO)=0.02 mol,则氯化铝的质量为0.02 mol×133.5 g/mol=2.67 g;与NaOH反应的HCl的物质的量n(HCl)=0.01×1.00 mol/L=0.01 mol,原混合物中n(NaOH)=2n(MgCl2)+4n(AlCl3)+n(HCl)=0.02 mol×2+0.02 mol×4+0.01 mol=0.13 mol,氢氧化钠的质量为0.13 mol×40 g/mol=5.20 g。(4)C点溶液为MgCl2、AlCl3和NaCl的混合液,反应至C点时所加盐酸中溶质的物质的量n(HCl)=n(NaOH)=0.13 mol,则C点加入盐酸的体积为=0.13 L=130 mL。
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