Question

2．铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质及其化合物在生产生活中的应用十分广泛．
（1）铝原子最外层电子排布式是3s²3p¹，铝原子核外有5种能量不同的电子．
（2）1827年，德国化学家维勒用金属钾与无水氯化铝反应而制得了金属铝．不用钾与氯化铝溶液制铝的理由是钾先与水反应生成KOH，KOH再与氯化铝反应生成氢氧化铝，无法得到单质铝；现代工业炼铝是以Al₂O₃为原料，与冰晶石（Na₃A1F₆）在熔融状态下进行电解，其阴极电极反应式为Al³⁺+3e→Al．
（3）用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法．如：2Al+4BaO$\stackrel{高温}{→}$3Ba↑+BaO•Al₂O₃，用化学平衡移动原理解释上述方法可制取金属Ba的原因是利用Ba的沸点比Al的低，Ba以气体逸出，使平衡右移．
（4）LiAlH₄由Li⁺、A1H₄^-构成，是有机合成中常用的试剂，LiAlH₄在125℃分解为LiH、H₂和Al．
（a）比较Li⁺、H^-、Al³⁺、H⁺离子半径大小Al³⁺＞H^-＞Li⁺＞H⁺．
（b）写出LiAlH₄分解的方程式（需配平）2LiAlH₄ =2LiH+2Al+3H₂↑，若反应生成3.36L氢气（标准状况下），则有2.7g铝生成．
（c）LiAlH₄与乙醛反应可生成乙醇，推断LiAlH₄是反应的还原剂．

Answer 1

分析 （1）Al核电荷数为13，具有3个电子层，最外层电子数为3，据此解答即可；
（2）钾性质较活泼，和水反应生成氢氧化钾和氢气，氢氧化钾能和氯化铝发生复分解反应；工业上采用电解Al₂O₃来制取Al，电解的阴极、阳极材料均由石墨材料做，因阳极上O^2-失电子发生氧化反应生成O₂，阴极铝离子得到电子发生还原反应生成铝；
（3）常温下Al的金属性比Ba的金属性弱，该反应是利用Ba的沸点比Al的低；
（4）（a）电子层数越多，半径越大，同样层数，核电荷数越大，半径越小；
（b）LiAlH₄在125℃分解为LiH、H₂和Al，据此书写方程式，计算产生Al的质量即可；
（c）依据失去电子，化合价升高为还原剂解答即可．

解答 解：（1）Al核电荷数为13，具有3个电子层，最外层电子数为3，核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p¹，具有1s、2s、2p、3s、3p5种能量不同的电子，故答案为：3s²3p¹；5；
（2）钾是活泼金属，能和水反应生成氢氧化钾和氢气，氢氧化钾再和氯化铝溶液反应生成氢氧化铝，从而无法得到单质铝，用电解Al₂O₃来制取Al，电解的阴极、阳极材料均由石墨材料做，因阳极上O^2-失电子发生氧化反应生成O₂，阳极材料与该极上生成的O₂反应被消耗，阴极铝离子得到电子发生还原反应生成铝，电极反应式为：Al³⁺+3e^-=Al，故答案为：钾先和水反应生成氢氧化钾，氢氧化钾再与氯化铝反应生成氢氧化铝，无法得到单质铝；  Al³⁺+3e→Al；
（3）利用元素Ba、Al在元素周期表的位置可知金属活泼性：Al＜Ba；但Al在高温下可将氧化钡中钡置换出来，原因是Ba的沸点低于铝，高温时Ba转化为气体脱离反应体系，使反应正向进行，故答案为：利用Ba的沸点比Al的低，Ba以气体逸出，使平衡右移；
（4）（a）电子层数越多，半径越大，Al³⁺2层，故半径最大，H⁺最外层电子数为0，半径最小，因为Li⁺和H^一电子层数相同，则核电荷数Li⁺比H^一大，所以离子半径Al³⁺＞H^一＞Li⁺＞H⁺，故答案为：Al³⁺＞H^一＞Li⁺＞H⁺；
（b）LiAlH₄在125℃分解为LiH、H₂和Al，故化学反应方程式为：2LiAlH₄ =2LiH+2Al+3H₂↑，每生成3mol氢气，生成Al的质量为2×27=54g，此时生成3.36L氢气，即物质的量为：$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，故生成Al质量为：0.15mol×$\frac{2}{3}$=0.1mol，即2.7g，故答案为：2LiAlH₄ =2LiH+2Al+3H₂↑；2.7；
（c）LiAlH₄与乙醛作用生成乙醇，碳元素的化合价由-1价变为-2价，则乙醛作氧化剂，LiAlH₄中氢元素的化合价由-1价变为+1价，所以在该反应中LiAlH₄作还原剂，
故答案为：还原剂．

点评 本题主要考查的是元素周期律的应用、电解池原理、氧化还原反应、方程式书写等，综合性较强，难度较大，注意整理．