Question

6．聚合氯化铝是一种新型净水剂，其中铝的总浓度（用Al_T表示）包括三类：主要为Al³⁺的单体形态铝总浓度（用Al_a表示）；主要为[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺的中等聚合形态铝总浓度（用Al_b表示）和Al（OH）₃胶体形态铝总浓度（用A1_c表示）．
（1）一定条件下，向1.0mol/LAlCl₃溶液中加入0.6mol/L的NaOH溶液，可制得Al_b含量约为86%的聚合氯化铝溶液．写出生成[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺的离子方程式：13Al³⁺+32OH^-+8H₂O=[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺．
（2）用膜蒸馏（简称MD）浓缩技术将聚合氯化铝溶液进行浓缩，实验过程中不同浓度聚合氯化铝中铝形态分布（百分数）如表：

AlT/（mol•L-1）	Ala/%	Alb/%	A1c/%
0.208	1.4	86.6	12.0
0.489	2.3	86.2	11.5
0.884	2.3	88.1	9.6
1.613	3.1	87.0	9.9
2.520	4.5	88.2	7.3

①在一定温度下，Al_T越大，pH越小（填“越大”、“越小”或“不变”）．
②如将Al_T=2.520mol•L^-1的聚合氯化铝溶液加水稀释，则稀释过程中主要发生反应的离子方程式：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（胶体）+3H⁺．
③膜蒸馏料液温度对铝聚合形态百分数及铝的总浓度的影响如图1．当T＞80℃时，Al_T显著下降的原因是温度升高，水解程度加大，产生氢氧化铝沉淀．

（3）真空碳热还原一氧化法可实现由铝土矿制备金属铝，相关反应的热化学方程式如下：
①Al₂O₃（s）+AlCl₃（g）+3C（s）=3AlCl（g）+3CO（g）△H₁=a kJ•mol^-1
②3AlCl（g）=2Al（l）+AlCl₃（g）△H₂=b kJ•mol^-1
则反应Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）△H=（a+b）kJ•mol^-1（用含a、b的代数式表示）．反应①常压下在1900℃的高温下才能进行，说明△H＞0（填“＞”“=”或“＜”）．
（4）物质中的铝元素可以通过将铝元素转化成Al³⁺，然后在水溶液中用铝试剂（NH₄）₃C₁₉H₁₁O₃（COO）₃（商品名为“阿罗明拿）测定，在弱酸性溶液中，Al³⁺可以用铝试剂反应，生成玫瑰红色的物质．随着该反应的进行，溶液的颜色不断变化，分析溶液颜色与反应物（或生成物）浓度的关系（即比色分析），可以确定该化学反应的速率．用于比色分析的仪器是C．
A．pH计   B．元素分析仪    C．分光光度计     D．原子吸收光谱仪
（5）已知Al³⁺+4X?2[（Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂）^1.5+]，X表示显色剂，Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+表示有色物质，通过比色分析得到25℃时Al³⁺浓度随时间的变化关系如图2所示，请在同一图中绘出Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+浓度随时间的变化曲线．

Answer 1

分析 （1）结合原子守恒、电荷守恒书写生成[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺的离子方程式；
（2）①在一定温度下，Al_T越大，Al_a%越大，Al_c%越小，所以pH减小；
②如将Al_T=2.520mol•L^-1的聚合氯化铝溶液加水稀释，稀释过程中主要铝离子发生水解得到Al（OH）₃（胶体）；
③当T＞80℃时，温度升高铝离子水解程度加大，产生氢氧化铝沉淀增大；
（3）已知：①Al₂O₃（s）+AlCl₃（g）+3C（s）=3AlCl（g）+3CO（g）△H₁=a kJ•mol^-1
②3AlCl（g）=2Al（l）+AlCl₃（g）△H₂=b kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①+②可得：Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）；
反应①常压下在1900℃的高温下才能进行，△H-T△S＜0反应自发进行；
（4）pH计测定溶液pH值，元素分析仪分析组成元素，原子吸收光谱仪分析组成元素，用于比色分析的仪器是分光光度计；
（5）随反应进行Al³⁺浓度减小，则Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+浓度增大，且△c（Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+）=2△c（Al³⁺）．

解答 解：（1）向1.0mol•L^-1 AlCl₃溶液中加入0.6mol•L^-1的NaOH溶液，可制得Al_b含量约为86%的聚合氯化铝溶液，根据原子守恒、电荷守恒可得生成[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺的离子方程式为：13Al³⁺+32OH^-+8H₂O=[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺，
故答案为：13Al³⁺+32OH^-+8H₂O=[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺；
（2）①在一定温度下，Al_T越大，Al_a%越大，Al_c%越小，所以pH越小，故答案为：越小；
②如将Al_T=2.520mol•L^-1的聚合氯化铝溶液加水稀释，则稀释过程中主要发生反应的离子方程式：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（胶体）+3H⁺，
故答案为：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（胶体）+3H⁺；
③膜蒸馏料液温度对铝聚合形态百分数及铝的总浓度的影响如图所示，当T＞80℃时，Al_T显著下降的原因是：温度升高，水解程度加大，产生氢氧化铝沉淀，
故答案为：温度升高，水解程度加大，产生氢氧化铝沉淀；
（3）已知：①Al₂O₃（s）+AlCl₃（g）+3C（s）=3AlCl（g）+3CO（g）△H₁=a kJ•mol^-1
②3AlCl（g）=2Al（l）+AlCl₃（g）△H₂=b kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①+②可得：Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g），则△H=△H₁+△H₂=（a+b）kJ/mol；
该反应△S＞0，反应①常压下在1900℃的高温下才能进行，△H-T△S＜0反应自发进行，说明该反应△H＞0，
故答案为：（a+b）；＞；
（4）pH计测定溶液pH值，元素分析仪分析组成元素，原子吸收光谱仪分析组成元素，用于比色分析的仪器是分光光度计，
故选：C；
（5）随反应进行Al³⁺浓度减小，则Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+浓度增大，且△c（Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+）=2△c（Al³⁺），Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+浓度随时间的变化曲线为：，
故答案为：．

点评 本题考查学生对信息获取与知识迁移应用、反应热有关计算等，题目综合性非常强，题目素材陌生，增大题目难度，很好的考查学生对化学反应原理的掌握程度，难度较大．