Question

4．鋁及其化合物在生產(chǎn)、生活中有著廣泛的應(yīng)用．回答下列問題：
（1）鋁原子的結(jié)構(gòu)示意圖為．．
（2）工業(yè)上用冰晶石作助熔劑、石墨作電極電解熔融氧化鋁制鋁．每生產(chǎn)1t Al，陽極大約會損失0.6t石墨．則石墨被氧化為CO和CO₂（填化學(xué)式）．
（3）納米氧化鋁用于透明陶瓷、高壓鈉燈燈管等．納米氧化鋁分散在分散劑中將形成膠體．則納米氧化鋁顆粒的直徑約為10^-9～10^-7m，制取納米氧化鋁需要純凈的硫酸鋁，檢驗硫酸鋁溶液中是否含有Fe³⁺操作方法和現(xiàn)象是加KSCN溶液，溶液變血紅色．
（4）電解法制備高品質(zhì)AI（OH）₃的裝置如圖（中間用離子交換膜隔開），其反應(yīng)原理為：
4NaAlO₂+10H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Al（OH）₃↓+4NaOH+O₂↑+2H₂↑則Al（OH）₃在陽極（填“陰極”或“陽極”）區(qū)沉積，電路中每通過2mol e時，理論上可制得2mol  Al（OH）₃．

Answer 1

分析 （1）原子結(jié)構(gòu)示意圖中，圓圈內(nèi)數(shù)字表示核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，弧線表示電子層，弧線上的數(shù)字表示該層上的電子數(shù)，離圓圈最遠(yuǎn)的弧線表示最外層，鋁為13號元素；
（2）用冰晶石作助熔劑、石墨作電極電解熔融氧化鋁制鋁，石墨被氧化產(chǎn)物可能為CO或者CO₂，或者二者混合物，設(shè)石墨被氧化后的價態(tài)為+n價，則：C→Cⁿ⁺～ne-，Al³⁺→Al～3e^-，依據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒計算；
（3）膠體微粒直徑在1nm～100nm之間；用KSCN溶液檢驗溶液中Fe³⁺；
（4）電解本質(zhì)是電解水，陰極上水放電生成氫氣與氫氧根離子，陽極上水放電生成生成氧氣與氫離子，氫離子再與[Al（OH）₄]^-反應(yīng)生成Al（OH）₃；根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算生成氧氣物質(zhì)的量，再根據(jù)方程式計算生成Al（OH）₃的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）鋁為13號元素，該元素原子核內(nèi)有13個質(zhì)子，原子核外有3個電子層，原子的結(jié)構(gòu)示意圖為，
故答案為：；
（2）每生產(chǎn)1噸Al轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為$\frac{1T}{27}$×3，0.6噸的石墨失去的電子數(shù)為：$\frac{0.6T}{12}$×n，依據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒：$\frac{1T}{27}$×3=$\frac{0.6T}{12}$×n，得n≈2.2，2＜2.2＜4，所以石墨被氧化為CO和CO₂混合物．
故答案為：CO和CO₂；
（3）膠體微粒直徑在1nm～100nm之間，則納米氧化鋁的直徑約為10^-9～10^-7m，檢驗硫酸鋁溶液含有Fe³⁺時，所采用的試劑及現(xiàn)象是：加KSCN溶液，溶液變血紅色，
故答案為：10^-9～10^-7；加KSCN溶液，溶液變血紅色；
（4）電解本質(zhì)是電解水，陰極上水放電生成氫氣與氫氧根離子，陽極上水放電生成生成氧氣與氫離子，氫離子再與[Al（OH）₄]^-反應(yīng)生成Al（OH）₃，故產(chǎn)物Al（OH）₃在陽極區(qū)沉積，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，生成氧氣物質(zhì)的量為$\frac{2mol}{4}$=0.5mol，由：4Na[Al（OH）₄]+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Al（OH）₃↓+4NaOH+O₂↑+2H₂↑，可知生成Al（OH）₃的物質(zhì)的量為0.5mol×4=2mol，
故答案為：陽極；2．

點評 本題考查了鋁原子的結(jié)構(gòu)、氧化還原反應(yīng)產(chǎn)物的判斷，離子的檢驗、電解的產(chǎn)物判斷等知識，是對學(xué)生綜合能力的考查，明確氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒的規(guī)律是解題關(guān)鍵，題目難度中等．