Question

19．氧化铝在工业上有着广泛的应用．
（1）制取净水剂氯化铝．其原理为：Al₂O₃+3C+3Cl₂$\stackrel{高温}{→}$2AlCl₃+3CO．25.5g 氧化铝、3.6g 碳、4.48L（标准状态）氯气混合后在高温下反应，理论上可得氯化铝17.8克．
（2）向100g氢氧化钠溶液中加入10g 氧化铝，充分反应后，剩余固体4.9克．测得所得溶液的密度为1.051g/cm³．则所得溶液的物质的量浓度为1mol/L．
（3）超细氮化铝粉末被广泛应用于大规模集成电路生产等领域．其制取原理为：Al₂O₃+N₂+3C$\stackrel{高温}{→}$  2AlN+3CO．由于反应不完全，氮化铝产品中往往含有炭和氧化铝杂质．取10g  Al₂O₃进行反应，向反应后的固体中加入过量的NaOH浓溶液，AlN跟NaOH溶液反应生成NaAlO₂，并得到氨气3.36L（标准状况），则该反应中Al₂O₃的转化率为0.765．（用小数表示，保留2位小数）
（4）取6.9g 含铝化合物X放入100mL水中完全溶解，溶液呈弱酸性．取出10mL加入过量盐酸，无气泡，再加入过量氯化钡有白色沉淀0.932g．另取10mL样品，用慢慢滴加氨水至过量，最多可得到0.156g沉淀，若改用氢氧化钠溶液直至过量，可收集到44.8mL的气体（标准状况），求化合物X的化学式．（写出计算过程）

Answer 1

分析 （1）先进行过量计算，根据不足量的物质计算生成氯化铝的质量；
（2）氧化铝有剩余，说明氢氧化钠完全反应，参加反应的氧化铝为10g-4.9g=5.1g，溶液质量为105.1g，根据Al原子守恒计算NaAlO₂物质的量，根据V=$\frac{m}{ρ}$计算溶液体积，再根据c=$\frac{n}{V}$计算溶液物质的量浓度；
（3）根据N原子守恒计算AlN的物质的量，再根据Al原子守恒计算参加反应Al₂O₃的质量，进而计算Al₂O₃的转化率；
（4）取出10mL溶液，加入过量盐酸，无气泡，再加入过量氯化钡有白色沉淀0.932g，说明含有SO₄^2-；另取10mL样品，用慢慢滴加氨水至过量，最多可得到0.156g沉淀，沉淀为Al（OH）₃，若改用氢氧化钠溶液直至过量，可收集到44.8mL的气体（标准状况），说明含有NH₄⁺，计算硫酸钡、氢氧化钡、氨气物质的量确定NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-的物质的量之比，再根据质量判断是否含有结晶水，进而确定化学式．

解答 解：（1）25.5g 氧化铝为$\frac{25.5g}{102g/mol}$=0.25mol，3.6g 碳为$\frac{3.6g}{12g/mol}$=0.3mol，4.48L（标准状态）氯气为$\frac{4.48L}{22.4mol/L}$=0.2mol，若0.2mol完全反应，则：
       Al₂O₃+3  C+3  Cl₂$\stackrel{高温}{→}$2AlCl₃+3CO
 0.067mol  0.2mol   0.2mol
氯气不足，故生成氯化铝为0.2mol×$\frac{2}{3}$×133.5g/mol=17.8g，
故答案为：17.8；
（2）氧化铝有剩余，说明氢氧化钠完全反应，参加反应的氧化铝为10g-4.9g=5.1g，溶液质量为100g+5.1g=105.1g，根据Al原子守恒，NaAlO₂物质的量=$\frac{5.1g}{102g/mol}$×2=0.1mol，溶液体积V=$\frac{105.1g}{1051g/L}$=0.1L，所得溶液物质的量浓度为$\frac{0.1mol}{0.1L}$=1mol/L，
故答案为：1mol/L；
（3）生成氨气物质的量为$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，根据N原子守恒，生成AlN的物质的量为0.15mol，根据Al原子守恒，可知参加反应Al₂O₃的质量为0.15mol×$\frac{1}{2}$×102g/mol=7.65g，则Al₂O₃的转化率为$\frac{7.65g}{10g}$=0.765，
故答案为：0.765；
（4）取出10mL溶液，加入过量盐酸，无气泡，再加入过量氯化钡有白色沉淀0.932g，说明含有SO₄^2-，则n（SO₄^2-）=n（BaSO₄）=$\frac{0.932g}{233g/mol}$=0.004mol；
另取10mL样品，用慢慢滴加氨水至过量，最多可得到0.156g沉淀，沉淀为Al（OH）₃，n（Al³⁺）=n[Al（OH）₃]=$\frac{0.156g}{78g/mol}$=0.002mol，若改用氢氧化钠溶液直至过量，可收集到44.8mL的气体（标准状况），说明含有NH₄⁺，则n（NH₄⁺）=n（NH₃）=$\frac{0.0448L}{22.4L/mol}$=0.002mol，10mL溶液中NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-的总质量为0.004mol×96g/mol+0.002mol×27g/mol+0.002mol×18g/mol=0.474g＜$\frac{6.9g}{10}$=0.69g，故还含有结晶水，含有结晶水的物质的量为$\frac{0.69g-0.474g}{18g/mol}$=0.012mol，
则n（NH₄⁺）：n（Al³⁺）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.002：0.002：0.004：0.12=1：1：2：6，故化合物X的化学式为：NH₄Al（SO₄）₂•6H₂O，
答：化合物X的化学式为NH₄Al（SO₄）₂•6H₂O．

点评 本题考查化学计算，侧重考查学生分析计算能力，是对学生综合能力的考查，难度较大．