Question

【题目】盐酸法是在一定温度下盐酸与铝土矿、高岭土或粉煤灰等固体中的活性Al2O3发生反应制备Al2O3的工艺。氯化铝溶液可通过蒸发结晶生成结晶氯化铝，进而焙烧得到氧化铝；也可利用氯化铝在酸溶液中的溶解度随着盐酸浓度的升高而急剧降低的特点，生成氯化铝晶体，从而焙烧得到氧化铝。图1是我国某公司研发的具有自主知识产权的“一步酸溶法”工艺流程。

回答下列问题:

(1)“氯化铝在酸溶液中的溶解度随着盐酸浓度的升高而急剧降低”的原因是________________________________________________________(结合必要的化学方程式说明)。

(2)精制液蒸发结晶后分离出纯净结晶氯化铝的操作名称是_______,用_____洗涤。

(3)写出结晶氯化铝(AlCl3·6H2O)焙烧的化学方程式:_____________________________。

(4)工业上冶炼金属铝的方法是电解熔融的_______(填化学式)，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是___________________________。

(5)铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备,其主要原因是_______________________________________。

Answer 1

【答案】 AlCl3溶液中存在水解平衡AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl，及结晶溶解平衡AlCl3(s)Al3+(aq)+3Cl-(aq)，盐酸浓度越大，两平衡都向左移动，AlCl3溶解度越小 过滤 浓盐酸 2(AlCl3·6H2O) Al2O3+6HCl+9H2O Al2O3 石墨电极被阳极上产生的O2氧化 NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜

【解析】(1) AlCl3溶液中存在水解平衡AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl，及结晶溶解平衡AlCl3(s)Al3+(aq)+3Cl-(aq)，盐酸浓度越大，氢离子、氯离子浓度均增大，两平衡都向左移动，AlCl3溶解度越小，所以氯化铝在酸溶液中的溶解度随着盐酸浓度的升高而急剧降低；正确答案：AlCl3溶液中存在水解平衡AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl，及结晶溶解平衡AlCl3(s)Al3+(aq)+3Cl-(aq)，盐酸浓度越大，两平衡都向左移动，AlCl3溶解度越小。

(2)固液分离采用过滤操作，因此精制液蒸发结晶后分离出纯净结晶氯化铝的操作是过滤；由于氯化铝溶液水解显酸性，浓盐酸能抑制其水解，洗涤时减小氯化铝晶体的损失；正确答案：过滤； 浓盐酸。

(3) 氯化铝(AlCl3·6H2O)加热后水解生成氢氧化铝，氢氧化铝灼烧后生成氧化铝，化学方程式：2(AlCl3·6H2O) Al2O3+6HCl+9H2O；正确答案：2(AlCl3·6H2O) Al2O3+6HCl+9H2O。

(4)金属铝活泼性较强，工业上用电解熔融的氧化铝得到金属铝，阳极发生极反应为：2O2—-4e-=O2↑，反应生成的氧气与石墨(主成分为碳)电极发生反应生成二氧化碳，造成阳极的石墨被消耗；正确答案：Al2O3 ；石墨电极被阳极上产生的O2氧化。

(5)铝表面有氧化膜（Al2O3）， NH4Cl分解产生的HCl能够与Al2O3反应，Al表面的Al2O3薄膜被反应掉，有利于铝粉与氮气反应生成AlN；正确答案：NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜。