Question

18．無水AlCl₃易升華，可用作有機合成的催化劑等，工業(yè)上由鋁土礦（主要成分是Al₂O₃和Fe₂O₃，還 含有少量的SiO₂  ）和石油焦（主要成分是C）為原料制備無水AlCl₃：2Al₂O₃+6Cl₂?4AlCl₃+3O₂
回答以下問題：
（1）Cl^-的電子式為．Al在元素周期表最中的位置是第三周期第IIIA族．
（2）生產中加入石油焦，其目的是碳與O₂反應，有利于反應正向進行．
（3）加入焦炭后的化學反應可表示為Al₂O₃+C+Cl₂═AlCl₃+X↑，設計實驗確定氣體X的成分：
氣體X可能為CO、CO₂或兩者的混合物，將生成氣體依次通過澄清石灰水、灼熱的CuO粉末，如溶液變渾濁，則X中存在CO₂，如黑色CuO粉末變成紅色粉末，則X中存在CO；．
（4）在提純AlCl₃粗產品時，需加入少量鋁粉，可使熔點較低的FeCl₃轉化為熔點較高的FeCl₂，從而避免在AlCl₃中混入鐵的氯化物．該反應的化學方程式為Al+3FeCl₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl₃+3FeCl₂．
（5）為測定制得的無水AlCl₃產品（含F(xiàn)eCl₃雜質）的純度，稱取16.25g無水AlCl₃樣品，溶于過量的NaOH溶液，過濾出沉淀物，沉淀物經洗滌、灼燒、冷卻、稱重，殘留固體質量為0.32g．
①過程涉及的離子方程式Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O．
②AlCl₃產品的純度為96%．
（6）以鋁土礦為原料可以通過以下途徑提純氧化鋁：
過量NaOH溶液過量稀鹽酸過量氨水
①寫出濾液甲中溶質的化學式NaAlO₂、Na₂SiO₃、NaOH．
②寫出濾液乙中加入過量氨水得到Al（OH）₃的離子方程式Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．

Answer 1

分析 （1）氯離子最外層達到8電子穩(wěn)定結構，注意在寫陰離子的電子式時注意不要忘記寫中括號和中括號外的電荷符號；鋁元素核電荷數(shù)為13，位于周期表中第三周期第IIIA族；
（2）根據(jù)化學方程式2Al₂O₃+6Cl₂=4AlCl₃+3O₂可知，該反應為可逆反應，加入石油焦后，碳與O₂反應，有利于反應正向進行；
（3）根據(jù)反應方程式可知，氣體X可能為一氧化碳、二氧化碳或者二者混合物，可以利用澄清石灰水檢驗二氧化碳，利用灼熱的氧化銅檢驗一氧化碳，據(jù)此涉及實驗方案；
（4）根據(jù)題中信息可知，反應物為Al和FeCl₃，反應產物為氯化鋁和FeCl₂，據(jù)此寫出反應的化學方程式；
（5）①根據(jù)鋁離子、鐵離子與過量的氫氧根離子反應生成偏鋁酸根離子、氫氧化鐵沉淀寫出反應的離子方程式；
②殘留固體質量為0.32g為氧化鐵，可以計算出鐵離子的物質的量及氯化鐵的質量，最后根據(jù)總質量計算出氯化鋁的純度；
（6）①過量NaOH溶液可以和鋁土礦中的Al₂O₃和SiO₂ 反應，不與Fe₂O₃ 反應，可知濾液甲的成分，注意氫氧化鈉是過量的；
②濾液乙中含有鋁離子，鋁離子與氨水反應生成難溶物氫氧化鋁，據(jù)此寫出反應的離子方程式．

解答 解：（1）氯離子最外層達到了8電子穩(wěn)定結構，氯離子的電子式為：；鋁元素為主族元素，核外3個電子層，位于周期表中第三周，最外層3個電子，位于第IIIA族，
故答案為：；第三周期第IIIA族；
（2）從生產無水AlCl₃的化學方程式看，該反應為可逆反應，加入石油焦后，碳與O₂反應，使可逆反應轉化為不可逆反應，有利于反應正向進行，
故答案為：碳與O₂反應，有利于反應正向進行；
（3）從Al₂O₃+C+Cl₂=AlCl₃+X↑可以看出X為CO、CO₂或兩者的混合物，確定氣體X的成分，就是檢驗CO、CO₂的存在，檢驗方法為：氣體X可能為CO、CO₂或兩者的混合物，將生成氣體依次通過澄清石灰水、灼熱的CuO粉末，如溶液變渾濁，則X中存在CO₂，如黑色CuO粉末變成紅色粉末，則X中存在CO，
故答案為：氣體X可能為CO、CO₂或兩者的混合物，將生成氣體依次通過澄清石灰水、灼熱的CuO粉末，如溶液變渾濁，則X中存在CO₂，如黑色CuO粉末變成紅色粉末，則X中存在CO；
（4）鋁將氯化鐵還原為氯化亞鐵，反應的化學方程式為：Al+3FeCl₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl₃+3FeCl₂，
故答案為：Al+3FeCl₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl₃+3FeCl₂；
（5）①該制取過程中涉及的離子方程式有AlCl₃與過量的NaOH溶液的反應和FeCl₃與NaOH溶液的反應，反應的離子方程式為：Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓；Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓；Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
②0.32 g殘留固體質量是Fe₂O₃，則鐵離子的物質的量為：n（Fe³⁺）=0.004 mol，氯化鐵的質量為：m（FeCl₃）=162.5g/mol×0.004mol=0.65 g，混合物中氯化鋁的質量為：m（AlCl₃）=16.25g-0.65g=15.6 g，所以AlCl₃產品的純度為：$\frac{15.6g}{16.25g}$×100%=96%，
故答案為：96%；
（6）①鋁土的主要成分是Al₂O₃和Fe₂O₃，還含有少量的SiO₂，加入氫氧化鈉溶液后，氧化鋁、二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸根離子和硅酸鈉，氧化鐵不反應，所以濾液甲中的溶質為：NaAlO₂、Na₂SiO₃、NaOH，
故答案為：NaAlO₂、Na₂SiO₃、NaOH；
②根據(jù)流程可知，濾液乙中含有鋁離子，鋁離子與氨水反應生成氫氧化鋁沉淀，反應的離子方程式為：Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案為：Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．

點評 本題考查了影響化學平衡因素、物質的分離與提純、探究物質組成與含量等知識，題目難度中等，試題涉及的題量過大，知識點較多，充分考查了學生對所學知識的掌握情況；解答本題時需要合理、耐心分析題中信息、制取流程，然后聯(lián)系所學知識進行作答，試題有利于培養(yǎng)學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．