Question

3．鋁是地殼中含量最多的金屬元素，其單質(zhì)和化合物廣泛應(yīng)用于日常生活中．
（1）工業(yè)上以鋁土礦（Al₂O₃•H₂O）為原料生產(chǎn)鋁，主要包括下列過程：
i．將粉粹、篩選后的鋁土礦溶解在NaOH溶液中；
ii．通入過量的試劑A使所得溶液中析出Al（OH）₃固體；
iii．使Al（OH）₃脫水生成Al₂O₃；
iv．電解熔融Al₂O₃生成Al．
①鋁土礦粉粹的目的是增大接觸面積，加快反應(yīng)速率．
②試劑A的化學(xué)式是CO₂，該反應(yīng)的離子方程式是CO₂+AlO₂^-+2H₂O═HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（2）NaOH溶液可以除去鋁表面的氧化膜，在處理過程中常會產(chǎn)生H₂，產(chǎn)生H₂的離子方程式是2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（3）明礬化學(xué)式為KAl（SO₄）₂•12H₂O，向明礬溶液中加入Ba（OH）₂溶液，當(dāng)溶液中的SO₄^2-恰好沉淀時(shí)，鋁元素的存在形式是AlO₂^-．
（4）工業(yè)上利用鋁粉除去含氮廢水中的NO₃^-，當(dāng)控制溶液pH在10.7左右時(shí)，反應(yīng)過程中生成[Al（OH）₄]^-、N₂和NH₃，若N₂和NH₃的體積比為4：1，則還原劑和氧化劑的物質(zhì)的量之比為16：9，若氮?dú)夂桶睔獾捏w積比為1：1，則除去0.1molNO₃^-，消耗鋁5.4g．

Answer 1

分析 （1）鋁土礦粉粹是增大固體與溶液接觸面積，加快反應(yīng)速率，氧化鋁溶于氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏氯酸鈉，加入過量的試劑A使所得溶液中析出Al（OH）₃固體，碳酸酸性大于氫氧化鋁，說明是通入二氧化碳生成；
（2）鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏氯酸鈉和氫氣；
（3）設(shè)明礬KAl（SO₄）₂•12H₂O為1mol，則溶液中含有1molK⁺、1molAl³⁺、2molSO₄^2-，根據(jù)反應(yīng)：SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓，當(dāng)溶液中的SO₄^2-完全沉淀時(shí)，需要2molBa²⁺，即2molBa（OH）₂，2molBa（OH）₂中含有4molOH^-，1molAl³⁺和4molOH^-發(fā)生反應(yīng)：Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；鋁元素的存在形式為：AlO₂^-；
（4）設(shè)生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為4mol，則氨氣為mol，根據(jù)由NO₃^-還原為氮?dú)夂桶睔獾幕�合價(jià)變化可知，生成4xmol氮?dú)夂蛒mol氨氣NO₃^-共得40mol+8mol=48mol電子，根據(jù)得失電子數(shù)守恒求出反應(yīng)的鋁的物質(zhì)的量，然后根據(jù)鋁做還原劑，NO₃^-做氧化劑來分析物質(zhì)的量之比．

解答 解：（1）①鋁土礦粉粹是增大固體與溶液接觸面積，加快反應(yīng)速率，故答案為：增大接觸面積，加快反應(yīng)速率；
②氧化鋁溶于氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，加入過量的試劑A使所得溶液中析出Al（OH）₃固體，碳酸酸性大于氫氧化鋁，說明是通入二氧化碳生成，反應(yīng)的離子方程式為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；故答案為：CO₂；CO₂+AlO₂^-+2H₂O═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（2）NaOH溶液可以除去鋁表面的氧化膜，在處理過程中常會產(chǎn)生H₂，鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應(yīng)的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）設(shè)明礬KAl（SO₄）₂•12H₂O為1mol，則溶液中含有1molK⁺、1molAl³⁺、2molSO₄^2-，根據(jù)反應(yīng)：SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓，當(dāng)溶液中的SO₄^2-完全沉淀時(shí)，需要2molBa²⁺，即2molBa（OH）₂，2molBa（OH）₂中含有4molOH^-，1molAl³⁺和4molOH^-發(fā)生反應(yīng)：Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
鋁元素的存在形式為：AlO₂^-．
故答案為：AlO₂^-；
（4）設(shè)生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為4mol，則氨氣為1mol，由于氮?dú)夂桶睔馐怯蒒O₃^-還原而來，故生成4mol氮?dú)夂?mol氨氣時(shí)NO₃^-共得電子的物質(zhì)的量為n=4×10mol+8mol=48mol電子，根據(jù)得失電子數(shù)守恒可知反應(yīng)掉的鋁的物質(zhì)的量n=$\frac{48mol}{3}$=16mol，在此反應(yīng)中，鋁做還原劑，物質(zhì)的量為16mol，而NO₃^-做氧化劑，物質(zhì)的量為（4mol×2+1mol）=9mol，故還原劑和氧化劑的物質(zhì)的量之比為16：9；
若氮?dú)夂桶睔獾捏w積比為1：1，設(shè)氮?dú)夂桶睔獾奈镔|(zhì)的量均為xmol，除去0.1mol NO₃^-，根據(jù)氮原子的守恒可知：2x+x=0.1，故x=$\frac{1}{30}$mol，則生成$\frac{1}{30}$mol氮?dú)夂?\frac{1}{30}$mol氨氣所得到的電子的物質(zhì)的量為n=$\frac{1}{30}$mol×2×5+$\frac{1}{30}$mol×8=$\frac{18}{30}$mol，根據(jù)得失電子數(shù)守恒可知消耗鋁的物質(zhì)的量為n=$\frac{18}{30}$=0.2mol，故所需鋁的質(zhì)量m=nM=0.2mol×27g/mol=5.4g．
故答案為：16：9，5.4．

點(diǎn)評 本題多角度考查元素化合物知識，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ�題目涉及鎂鋁性質(zhì)的分析判斷，物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)物判斷等，注意相關(guān)基礎(chǔ)知識的積累，題目難度中等．