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【题目】铝是一种轻金属,被称为金属界的万金油,应用范围极为广阔。含铝的化合物如氧化铝、氢氧化铝等在工业上用途十分广泛。

完成下列填空:

(1)铝是活泼金属,在干燥空气中铝的表面立即形成厚约5 nm的致密氧化膜,写出除去氧化膜的一种方法____________________(用方程式表示)

(2)氢氧化铝是用量最大、应用最广的无机阻燃添加剂,解释氢氧化铝能做阻燃剂的原因_____________________(用方程式说明);写出Al(OH)3的电离方程式________________

(3)明矾(KAl(SO4)2·12H2O)的水溶液呈_______(选填”),溶液中离子浓度大小顺序为_____________________。将明矾溶液与小苏打溶液混合会产生白色沉淀和气体,请用平衡移动原理解释该现象。_______________________________________

(4)碳热还原氯化法从铝土矿中炼铝具有步骤简单、原料利用率高等优点,其原理如下:

Ⅰ. Al2O3(s) + AlCl3(g) + 3C(s) 3AlCl(g) + 3CO(g) – 1486 kJ

Ⅱ. 3AlCl(g) 2Al(l) + AlCl3(g) + 140 kJ

写出反应Ⅰ的化学平衡常数表达式K=_____________,升高温度,K_______(填增大、减小、不变)

写出反应Ⅱ达到平衡状态的一个标志_________________________________

结合反应Ⅰ、Ⅱ进行分析,AlCl3在炼铝过程中的作用可以看作______________

1mol氧化铝与3mol焦炭的混合物加入2L反应容器中,加入2mol AlCl3气体,在高温下发生反应Ⅰ。若5min后气体总质量增加了27.6g,则AlCl的化学反应速率为_________ mol/(L·min)

【答案】Al2O3 + 6HCl =2AlCl3 + 3H2OAl2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O 2Al(OH)3Al2O3 + 3H2O Al3+ + 3OH-Al(OH)3H++AlO2- + H2O c(SO42-)c(K+)c(Al3+)c(H+)c(OH-) 铝离子水解呈酸性,Al3+ + H2OAl(OH)3+3H+,碳酸氢根水解呈碱性HCO3- + H2OH2CO3 + OH-,两者水解相互促进,平衡向右进行,因此出现沉淀与气体 增大 压强不变(合理即可) 催化剂 0.06

【解析】

(1)氧化铝属于两性氧化物,可以与盐酸,也可以与氢氧化钠反应;

(2) 氢氧化铝分解吸热,生成的氧化铝覆盖在可燃物表面,起到阻燃作用;氢氧化铝是两性氢氧化物;

(3)明矾电离出的铝离子能够水解呈酸性,碳酸氢根水解呈碱性,两者水解相互促进;

(4) 根据化学平衡常数表达式书写K的表达式;该反应为吸热反应,结合平衡移动的影响因素分析判断;

②根据平衡状态的特征和标志分析解答;将反应Ⅰ+反应得:Al2O3(s) + 3C(s) 3CO(g) +2Al(l),据此分析判断AlCl3的作用;

Al2O3(s) + AlCl3(g) + 3C(s) 3AlCl(g) + 3CO(g) 属于气体质量的增加的反应,结合气体总质量的增加量计算出AlCl的物质的量,再结合化学反应速率=计算。

(1)氧化铝属于两性氧化物,可以用盐酸,也可以用氢氧化钠除去铝片表面的氧化膜,反应方程式为Al2O3 + 6HCl =2AlCl3 + 3H2OAl2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O,故答案为:Al2O3 + 6HCl =2AlCl3 + 3H2OAl2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O

(2) 氢氧化铝受热分解吸热,同时生成的氧化铝熔点高,覆盖在可燃物表面,起到阻燃作用,氢氧化铝分解的方程式为2Al(OH)3Al2O3 + 3H2O,氢氧化铝是两性氢氧化物,电离方程式为Al3+ + 3OH-Al(OH)3H++AlO2- + H2O,故答案为:2Al(OH)3Al2O3 + 3H2OAl3+ + 3OH-Al(OH)3H++AlO2- + H2O

(3)明矾(KAl(SO4)2·12H2O)属于强酸弱碱盐,铝离子水解,溶液呈酸性,溶液中离子浓度大小顺序为c(SO42-)c(K+)c(Al3+)c(H+)c(OH-)。将明矾溶液与小苏打溶液混合会产生白色沉淀和气体,是因为铝离子水解呈酸性,Al3+ + H2OAl(OH)3+3H+,碳酸氢根水解呈碱性HCO3- + H2OH2CO3 + OH-,两者水解相互促进,平衡向右进行,因此出现沉淀与气体,故答案为:酸;c(SO42-)c(K+)c(Al3+)c(H+)c(OH-);铝离子水解呈酸性,Al3+ + H2OAl(OH)3+3H+,碳酸氢根水解呈碱性HCO3- + H2OH2CO3 + OH-,两者水解相互促进,平衡向右进行,因此出现沉淀与气体;

(4) 反应Ⅰ.Al2O3(s) + AlCl3(g) + 3C(s) 3AlCl(g) + 3CO(g) – 1486 kJ的化学平衡常数表达式K=,该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,K增大,故答案为:;增大;

反应达到平衡状态时,各种气体的物质的量浓度不变,气体的压强不变等;反应Ⅰ+反应得:Al2O3(s) + 3C(s) 3CO(g) +2Al(l)– 1346 kJ,说明AlCl3在炼铝过程中是催化剂,故答案为:压强不变(合理答案均可);催化剂;

③设生成的AlCl的物质的量为x

Al2O3(s) + AlCl3(g) + 3C(s) 3AlCl(g) + 3CO(g) 气体质量的增加量

3mol 138g

X 27.6g

=,解得:x=0.6mol,则AlCl的化学反应速率==0.06mol/(L·min),故答案为:0.06

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