Question

已知用NaAlO₂制備α-Al（OH）₃及能量轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖：

（1）反應(yīng)②的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）根據(jù)上述能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，拜耳公司找到了一種簡(jiǎn)捷的從鋁土礦獲取Al₂O₃的方法，流程如下：

①物質(zhì)A的化學(xué)式為

 

；
②步驟Ⅲ的化學(xué)反應(yīng)方程式為

 

；檢驗(yàn)步驟Ⅲ中沉淀是否洗凈的方法是

 

；
③步驟Ⅱ采用冷卻的方法析出α-Al（OH）₃，該措施的依據(jù)是

 

；
④工業(yè)上可電解上述產(chǎn)物Al₂O₃以獲得Al，若獲得2.7kg Al，則理論上消耗A的物質(zhì)的量至少為

 

mol．有人提出用熔融Na[AlCl₄]與NaCl的混合物代替Al₂O₃進(jìn)行電解獲得Al，則陰極反應(yīng)為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題,化學(xué)反應(yīng)中的能量變化

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減，反應(yīng)熱也處于相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的加減，構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（2）①鋁土礦的主要成分是Al₂O₃和SiO₂等，加入A需將氧化鋁轉(zhuǎn)化為偏氯酸鈉，應(yīng)加堿；
②步驟Ⅲ為氫氧化鋁分解生成氧化鋁和水的反應(yīng)；洗滌干凈的方法是依據(jù)沉淀表面可能附著有的氯化鈉，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)氯離子存在或鈉離子的存在；
③根據(jù)反應(yīng)②的熱化學(xué)方程式分析解答；
④由生成的鋁的質(zhì)量根據(jù)化學(xué)方程式可以計(jì)算出需要的氧化鋁的質(zhì)量，根據(jù)Al₂O₃與NaOH反應(yīng)的化學(xué)方程式，由氧化鋁的質(zhì)量可以計(jì)算氫氧化鈉的物質(zhì)的量；陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，

解答： 解：（1）①Al₂O_3（s）+2NaOH_（aq）=2NaAlO_2（aq）+H₂O_（l），△H=-520KJ/mol，③Al₂O_3（s）+3H₂O_（l）=2α-Al（OH）_3（s） △H=-620KJmol/mol，
依據(jù)蓋斯定律

1

2

×（③-①）得：NaAlO_2（aq）+2H₂O_（l）=NaOH_（aq）+α-Al（OH）_3（s） △H=-50kJ/mol，
故答案為：NaAlO_2（aq）+2H₂O_（l）=NaOH_（aq）+α-Al（OH）_3（s） △H=-50kJ/mol；
（2）鋁土礦中加入氫氧化鈉溶液，氧化鋁和二氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和硅酸鈉，則濾液Ⅰ為NaAlO₂和硅酸鈉，加入氫氧化鈣，生成硅酸鈣沉淀，濾液Ⅱ?yàn)槠�鋁酸鈉，可通入二氧化碳?xì)怏w，生成氫氧化鋁，煅燒可生成氧化鋁，
①鋁土礦的主要成分是Al₂O₃和SiO₂等，加入A需將氧化鋁轉(zhuǎn)化為偏氯酸鈉，與NaOH反應(yīng)：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，
故答案為：NaOH；
②步驟Ⅲ為氫氧化鋁分解：2Al（OH）₃

△   .

3H₂O↑+Al₂O₃，洗滌干凈的方法是依據(jù)沉淀表面可能附著有的氯化鈉，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)氯離子存在或鈉離子的存在，鈉離子的存在檢驗(yàn)比較簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為：取最后一次洗滌液做焰色實(shí)驗(yàn)，如果火焰沒(méi)有黃色則已經(jīng)洗凈，反之則未洗凈，
故答案為：2Al（OH）₃

△   .

3H₂O↑+Al₂O₃；取最后一次洗滌液做焰色實(shí)驗(yàn)，如果火焰沒(méi)有黃色則已經(jīng)洗凈，反之則未洗凈；
③由反應(yīng)②的熱化學(xué)方程式NaAlO_2（aq）+2H₂O_（l）=NaOH_（aq）+α-Al（OH）_3（s） △H=-50kJ/mol可知：NaAlO₂水解生成α-Al（OH）₃為放熱反應(yīng)，冷卻降溫促使NaAlO₂水解正向移動(dòng)或減少α-Al（OH）₃在強(qiáng)堿中的溶解，
故答案為：NaAlO₂水解生成α-Al（OH）₃為放熱反應(yīng)，冷卻降溫促使NaAlO₂水解正向移動(dòng)或減少α-Al（OH）₃在強(qiáng)堿中的溶解；
④設(shè)需要電解的氧化鋁物質(zhì)的量為x
2Al₂O₃

電解  .

4Al+3O₂↑
2mol       4mol
x    

2700g

27g/mol

    x=50mol，根據(jù)Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O可知：氫氧化鈉的物質(zhì)的量為：100mol，
用熔融Na[AlCl₄]與NaCl的混合物代替Al₂O₃進(jìn)行電解獲得Al，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：AlCl₄^-+3e^-=Al+4Cl^-，
故答案為：100；AlCl₄^-+3e^-=Al+4Cl^-．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)方法、二氧化硅和鋁及其化合物的性質(zhì)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重與學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�把握流程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，題目難度中等．