Question

8．硝酸鋁[Al（NO₃）₃]是一種常用媒染劑．工業(yè)上用鋁灰（主要含Al、Al₂O₃、Fe₂O₃等）制取硝酸鋁晶體[Al（NO₃）₃•9H₂O]的流程如圖甲：

（1）寫出反應Ⅰ的離子方程式：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑（或Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O）（任寫一個）．
（2）若在實驗室中完成反應Ⅱ，為避免鋁的損失，需要解決的問題是如何控制反應終點（或硝酸的用量），可采取的措施為將加入稀硝酸改為通入過量CO₂．
（3）上述流程中采用減壓蒸發(fā)，并控制反應Ⅲ中加入的稀硝酸稍過量，其目的是抑制硝酸鋁水解．
（4）溫度高于200℃時，硝酸鋁完全分解成氧化鋁和兩種氣體（其體積比為4：1），該反應的化學方程式是4Al（NO₃）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+12NO₂↑+3O₂↑．
（5）若用圖乙所示實驗裝置制取Al（NO₃）₃，通入水蒸氣的作用是提高溫度、攪拌，加快反應速率．

Answer 1

分析 鋁灰用氫氧化鈉溶液溶解，鋁、氧化鋁反應生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不反應，過濾分離，濾液中含有偏鋁酸鈉、未反應的NaOH，加入硝酸中和未反應的氫氧化鈉，并將偏鋁酸鈉轉化為氫氧化鋁沉淀，再過濾分離，氫氧化鋁沉淀再用硝酸溶解，得到硝酸鋁溶液，經過減壓蒸發(fā)得到硝酸鋁晶體．
（1）反應Ⅰ涉及：鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉與氫氣，氧化鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉與水；
（2）硝酸屬于強酸，可以溶解氫氧化鋁沉淀，導致Al元素損失，應控制硝酸用量，可以利用弱酸將偏鋁酸根轉化為氫氧化鋁沉淀而不溶解；
（3）硝酸鋁容易發(fā)生水解，從抑制硝酸鋁水解進行分析解答；
（4）溫度高于200℃時，硝酸鋁完全分解成氧化鋁和兩種氣體，兩種氣體應是二氧化氮與氧氣，二者體積之比為4：1，滿足原子守恒與電子轉移守恒；
（5）水蒸氣溫度較高，且可以起攪拌作用，可以加快反應速率．

解答 解：鋁灰用氫氧化鈉溶液溶解，鋁、氧化鋁反應生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不反應，過濾分離，濾液中含有偏鋁酸鈉、未反應的NaOH，加入硝酸中和未反應的氫氧化鈉，并將偏鋁酸鈉轉化為氫氧化鋁沉淀，再過濾分離，氫氧化鋁沉淀再用硝酸溶解，得到硝酸鋁溶液，經過減壓蒸發(fā)得到硝酸鋁晶體．
（1）反應Ⅰ涉及：鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉與氫氣，氧化鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉與水，反應方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑（或Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O）；
（2）硝酸屬于強酸，可以溶解氫氧化鋁沉淀，導致Al元素損失，需要解決的問題是：如何控制反應終點（或硝酸的用量），可以將加入稀硝酸改為通入過量CO₂，避免氫氧化鋁沉淀溶解；
故答案為：如何控制反應終點（或硝酸的用量）；將加入稀硝酸改為通入過量CO₂；
（3）硝酸鋁容易發(fā)生水解，減壓蒸餾可以降低溫度、反應Ⅲ中加入的稀硝酸稍過量，都可以抑制硝酸鋁水解，
故答案為：抑制硝酸鋁水解；
（4）溫度高于200℃時，硝酸鋁完全分解成氧化鋁和兩種氣體，兩種氣體應是二氧化氮與氧氣，二者體積之比為4：1，滿足原子守恒與電子轉移守恒，反應方程式為：4Al（NO₃）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+12NO₂↑+3O₂↑，
故答案為：4Al（NO₃）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+12NO₂↑+3O₂↑；
（5）由于水蒸氣溫度較高，可以升高反應體系的溫度，且可以起攪拌作用，可以加快反應速率，
故答案為：提高溫度、攪拌，加快反應速率．

點評 本題考查實驗制備方案，側重考查是對工藝流程的理解、分析與評價，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備知識的基礎與靈活運用的能力，難度中等．