Question

4．無水AlCl₃可用作有機合成的催化劑．利用鋁土礦（主要成分是A1₂O₃和Fe₂O₃）為原料制備無水AlCl₃的工藝流程如下：

（1）焙燒爐中發(fā)生反應的化學方程式為Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2Fe+3CO．
（2）氯化爐中生成AlCl₃的反應中，被還原的元素是Cl；生成1mol AlCl₃理論上至少需消耗16g焦炭．
（3）氯化鋁在加熱時易升華，氣態(tài)氯化鋁的分子式為Al₂Cl₆，由此判斷AlCl₃是共價（填“離子”或“共價”）化合物．升華器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，需加入Al，其作用是除去FeCl₃．
（4）AlCl₃產品中Fe元素含量直接影響其品質，為測定產品中Fe元素的含量，現稱取14.0g無水AlCl₃樣品，溶于過量的NaOH溶液，過濾出沉淀物，經洗滌、灼燒、冷卻、稱重，殘留固體質量為0.32g．則產品中Fe元素的含量為1.6%．

Answer 1

分析 由工藝流程圖可知，鋁土礦與焦炭在焙燒爐中反應后物質為Al₂O₃、Fe及CO，應是Fe₂O₃與C反應生成Fe與CO，在氯化爐的產物中含有FeCl₃、A1C1₃、CO，應是Al₂O₃與C反應生成Al與CO，Al、Fe與氯氣反應生成AlCl₃和FeCl₃，升華器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，升華制備無水AlCl₃，加入少量Al目的是除去FeCl₃．
（1）在焙燒爐中Fe₂O₃與C反應生成Fe與CO；
（2）元素化合價降低發(fā)生還原反應；氯化爐中生成氯化鋁的總反應方程式為：A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2A1C1₃+3CO，根據方程式計算消耗焦炭的質量；
（3）氯化鋁在加熱時易升華，沸點低，屬于分子晶體，為共價化合物；升華器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，升華制備無水AlCl₃，應除FeCl₃去；
（4）制備無水AlCl₃含有雜質FeCl₃，用過量的氫氧化鈉溶液溶解，沉淀為氫氧化鐵，最終殘留固體質量為0.32g為Fe₂O₃，根據鐵原子守恒計算Fe元素質量，進而計算產品中Fe元素的含量．

解答 解：由工藝流程圖可知，鋁土礦與焦炭在焙燒爐中反應后物質為Al₂O₃、Fe及CO，應是Fe₂O₃與C反應生成Fe與CO，在氯化爐的產物中含有FeCl₃、A1C1₃、CO，應是Al₂O₃與C反應生成Al與CO，Al、Fe與氯氣反應生成AlCl₃和FeCl₃，升華器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，升華制備無水AlCl₃，加入少量Al目的是除去FeCl₃．
（1）在焙燒爐中Fe₂O₃與C反應生成Fe與CO，反應方程式為：Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2Fe+3CO，故答案為：Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2Fe+3CO；
（2）氯化爐中生成氯化鋁的總反應方程式為：A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2A1C1₃+3CO，Fe被氯氣氧化為FeCl₃，反應中Cl元素化合價降低，發(fā)生還原反應，由方程式可知，生成1mol AlCl₃理論上需碳為1mol×$\frac{3}{2}$=1.5mol，故需要碳的質量至少為1.5mol×12g/mol=18g，
故答案為：Cl；18；
（3）氯化鋁在加熱時易升華，沸點低，屬于分子晶體，為共價化合物；升華器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，升華制備無水AlCl₃，所以加入少量Al目的是除去FeCl₃，
故答案為：共價；除去FeCl₃；
（4）制備無水AlCl₃含有雜質FeCl₃，用過量的氫氧化鈉溶液溶解，沉淀為氫氧化鐵，最終殘留固體質量為0.32g為Fe₂O₃，其物質的量為$\frac{0.32g}{160g/mol}$=0.002mol，故Fe元素質量為0.004mol×56g/mol=0.224g，則產品中Fe元素的含量為$\frac{0.224g}{14g}$×100%=1.6%，
故答案為：1.6%．

點評 本題考查物質制備方案、對于工藝流程原理的理解、物質含量的測定等，涉及常用化學用語書寫、化學計算、分離提純等，需要學生具備扎實的基礎與綜合運用能力，難度中等．