Question

20．鋁及其化合物在生產(chǎn)和生活等方面有廣泛的應(yīng)用．請回答下列問題：
（1）鎵、硼與鋁位于同一主族，相同條件下，相同物質(zhì)的量濃度的①Na[A1（OH）₄]溶液、②Na[Ga（OH）₄]溶液、③Na[B（OH）₄]溶液，其pH由大到小的順序?yàn)棰冖佗郏ㄌ钚蛱枺��?br />（2）（NH₄）A1（SO₄）₂是一種重要的化工原料，向某種（NH₄）A1（SO₄）₂溶液中滴加1mol•L^-1 NaOH溶液，沉淀的質(zhì)量隨NaOH溶液體積變化如圖所示．
①（NH₄）A（SO₄）₂溶液中離子濃度由小到大的順序?yàn)閏（OH^-）＜c（H⁺）＜c（Al³⁺）＜c（NH₄⁺）＜c（SO₄^2-）．
②AB段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O．
（3）以鋁作陽極，常溫下，離子液體（由有機(jī)陽離子、A1₂C1₇^-、A1C1₄^-組成）作為電解質(zhì)溶    液，可在金屬制品上鍍鋁．電鍍過程中，不產(chǎn)生其他離子，且有機(jī)陽離子不參與電極反    應(yīng)．則陽極的電極反應(yīng)式為Al-3e^-+7AlCl₄^-=4Al₂Cl₇^-．
（4）聚合氯化鋁晶體是一種高效水處理劑，其化學(xué)式為[A1₂（OH）_aC1_b•nH₂O]_m．某工廠用工業(yè)廢料為原料制取該物質(zhì)的流程如圖：

①聚合氯化鋁晶體化學(xué)式中a和b必須滿足的關(guān)系式為a+b=6．
②酸性溶液中一定存在的金屬陽離子有Fe²⁺、Al³⁺．
③現(xiàn)有A1C1₃與FeCl₃混合溶液，其中Al³⁺、Fe³⁺的物質(zhì)的量之和為0.10mol，若向其中加入340mL、1mol•L^-1 NaOH溶液，x=n（Al³⁺）/[n（A1³⁺）+n（Fe³⁺）]，請?jiān)趫D中畫出沉淀總物質(zhì)的量y隨x（0＜x≤0.6）的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)同主族元素原子序數(shù)越大，金屬性越強(qiáng)，其對應(yīng)的鹽堿性越強(qiáng)；
（2）①（NH₄）Al（SO₄）₂溶液中鋁離子、銨根離子發(fā)生水解使溶液顯酸性，鋁離子水解能力較強(qiáng)，據(jù)此分析；
②向（NH₄）Al（SO₄）₂溶液中滴加1mol•L^-1 NaOH溶液，OA段為氫氧根離子與鋁離子反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，AB段為氫氧根離子與銨根離子的反應(yīng)；
（3）以鋁作陽極，則陽極為鋁失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此分析；
（4）①根據(jù)化合物化合價代數(shù)和為0可得；
②由流程可知，向廢料中加酸將金屬離子溶解；
③發(fā)生反應(yīng)Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓①Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓②Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O ③，OH^-適量時，Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀，當(dāng)OH^-過量時，Al（OH）₃溶解；采用極限的方法進(jìn)行解答．

解答 解：（1）同主族元素原子序數(shù)越大，金屬性越強(qiáng)，其對應(yīng)的鹽溶液堿性越強(qiáng)，鎵、硼與鋁位于同一主族，金屬性鎵＞鋁＞硼，故堿性Na[Ga（OH）₄]＞Na[A1（OH）₄]＞Na[B（OH）₄]；
故答案為：②①③；
（2）①（NH₄）Al（SO₄）₂溶液中鋁離子、銨根離子發(fā)生水解使溶液顯酸性，鋁離子水解能力較強(qiáng)，故離子濃度由小到大的順序?yàn)椋篶（OH^-）＜c（H⁺）＜c（Al³⁺）＜c（NH₄⁺）＜c（SO₄^2-）；
故答案為：c（OH^-）＜c（H⁺）＜c（Al³⁺）＜c（NH₄⁺）＜c（SO₄^2-）；
②向（NH₄）Al（SO₄）₂溶液中滴加1mol•L^-1 NaOH溶液，OA段為氫氧根離子與鋁離子反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，AB段為氫氧根離子與銨根離子的反應(yīng)，方程式為：NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O；
故答案為：NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O；
（3）以鋁作陽極，常溫下，離子液體（由有機(jī)陽離子、A1₂C1₇^-、A1C1₄^-組成）作為電解質(zhì)溶液，陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則陽極的電極反應(yīng)式為Al-3e^-+7AlCl₄^-=4Al₂Cl₇^-；
故答案為：Al-3e^-+7AlCl₄^-=4Al₂Cl₇^-；
（4）①[A1₂（OH）_aC1_b•nH₂O]_m中鋁離子+3價，氯離子-1價，氫氧根離子-1價，化合物化合價代數(shù)和為0，則a+b=6；
故答案為：a+b=6；
②由流程可知，向廢料中加酸將金屬離子溶解，向浸出液中加入次氯酸鈉得到沉淀，濾液合成產(chǎn)品，則沉淀也氫氧化鐵，說明次氯酸鈉將浸出液中亞鐵離子氧化并調(diào)節(jié)pH，則加入的酸為非氧化性酸，溶解的金屬離子一定有Fe²⁺、Al³⁺；
故答案為：Fe²⁺、Al³⁺；
③Al³⁺、Fe³⁺的物質(zhì)的量之和為0.10mol，n（NaOH）=2mol/L×0.17L=0.34mol，
當(dāng)溶液中不存在鋁離子時，即x=0時，溶液中存在的沉淀為Fe（OH）₃，據(jù)原子守恒得沉淀的物質(zhì)的量=n（Fe（OH）₃）=n（Fe³⁺）=0.10mol，
當(dāng)x=0.4時，n（Al³⁺）=0.04mol，n（Fe³⁺）=0.06mol，鐵離子完全沉淀需要n（NaOH）=3n（Fe³⁺）=0.18mol，鋁離子完全沉淀需要n（NaOH）=3n（Al³⁺）=0.12mol，實(shí)際上n（NaOH）大于鐵離子和鋁離子完全沉淀需要的氫氧化鈉的物質(zhì)的量，所以氫氧化鈉要溶解，假設(shè)氫氧化鋁完全溶解，則需要n（NaOH）=n（Al³⁺）=0.04mol，所以氫氧化鋁恰好完全溶解，則生成沉淀的物質(zhì)的量就是氫氧化鐵的物質(zhì)的量，為0.06mol，
當(dāng)x=0.6時，0.06mol的Al³⁺轉(zhuǎn)化為0.06molAl（OH）₃需要n（NaOH）=0.18mol，n（Fe³⁺）=0.04mol，鐵離子完全沉淀需要n（NaOH）=3n（Fe³⁺）=0.12mol，還剩余0.04mol氫氧化鈉和0.04mol氫氧化鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，還剩余氫氧化鋁沉淀0.02mol，所以沉淀的物質(zhì)的量=0.04mol-0.02mol=0.06mol，

故0＜x≤0.6，圖象為：；
故答案為：．

點(diǎn)評 本題以鋁為載體，考查了混合物的計算、溶液中離子濃度的比較、電化學(xué)等知識點(diǎn)，側(cè)重于鋁相關(guān)物質(zhì)的信息和圖象讀取能力的考查，根據(jù)鋁離子和氫氧化鈉溶液反應(yīng)特點(diǎn)采用極限的方法進(jìn)行分析，再結(jié)合原子守恒進(jìn)行解答，題目難度中等．