Question

1．某學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)上由鋁礬土（含Al₂0₃和少量的Si0₂及鐵的氧化物）制備 金屬鋁的方法，設(shè)計了實驗室用鋁礬土制備金屬鋁的方案，主要流程如圖所示：

已知：

氫氧化物	開始沉淀pH	沉淀完全pH	開始溶解pH	溶解完全pH
Fe（OH）3	2.3	4.1	14	-
Al（OH）3	2.3	5.2	7.8	10.8

（1）為了加快鋁礬土的酸溶速率，除了反應(yīng)過程不斷攪拌外，還可釆取的措施有升高反應(yīng)溫度，增大硫酸濃度，粉碎鋁土礦等（至少二條）．
（2）加入H₂0₂時，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．要檢驗Fe²⁺是否反應(yīng)完全應(yīng)選擇的試劑是KMnO₄．（供選試劑：KMn0₄溶液、KSCN溶液、NaOH溶液、H₂0₂溶液）．加入NaOH調(diào)節(jié)濾液A的pH在10.8--14范圍．
（3）流程中有多次過濾，需制作一個簡單的過濾器，所需的用品有漏斗，濾紙
（4）電解Al₂O₃時陽極生成的0₂全部與石墨反應(yīng)轉(zhuǎn)化為C0₂和CO．相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué) 方程式如下：
C（s，石墨）+0₂（g）=C0₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
2C（s，石墨）+0₂（g）=2C0（g）△T=-221.0kJ•mol^-1
若C0₂和CO的體積比為1：1，當(dāng)陰極得到27g鋁時，若陽極生成的氣體用作燃料能放出熱量141.5 kJ．
（5）新型鋁電池性能優(yōu)越，Al-AgO電池可用作水下動力電源，其原理如圖所示．該電池正極反應(yīng)式為AgO+H₂O+2e^-=Ag+2OH^-．

Answer 1

分析 由鋁礬土（含Al₂0₃和少量的Si0₂及鐵的氧化物）制備 金屬鋁的方法是，鋁土礦中加入足量稀硫酸過濾得到濾液我硫酸鋁，硫酸亞鐵等，加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液PH10.8-14使鐵離子全部沉淀，鋁離子全部形成偏鋁酸鹽，過濾得到偏鋁酸鈉溶液，在溶液中通入過量二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到氫氧化鋁，洗滌干燥后灼燒得到氧化鋁，電解熔融氧化鋁得到金屬鋁；
（1）依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析，增大濃度，升高溫度，加入催化劑，增大接觸面積等可以加快反應(yīng)速率；
（2）酸性溶液中過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，溶液中存在鐵離子，要檢驗Fe²⁺是否反應(yīng)完全，利用其還原性應(yīng)選擇的試劑最好為高錳酸鉀溶液，分析圖表數(shù)據(jù)選擇沉淀鋁離子的PH；
（3）過濾器是漏斗和濾紙組成；
（4）①C（s，石墨）+0₂（g）=C0₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
②2C（s，石墨）+0₂（g）=2C0（g）△T=-221.0kJ•mol^-1
結(jié)合蓋斯定律①-②×$\frac{1}{2}$得到C0（g）+$\frac{1}{2}$O₂=C0₂（g）△H=-282.5kJ•mol^-1
若C0₂和CO的體積比為1：1，當(dāng)陰極得到27g鋁時，
依據(jù)化學(xué)方程式定量關(guān)系計算生成氧氣物質(zhì)的量，結(jié)合氧元素守恒計算生成二氧化碳和一氧化碳物質(zhì)的量，做燃料的氣體為一氧化碳，據(jù)此計算得到；
若陽極生成的氣體用作燃料
（5）由原電池總反應(yīng)可知，原電池工作時Al被氧化，應(yīng)為電池的負(fù)極，電極反應(yīng)為Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，AgO被還原，應(yīng)為原電池的正極，電極反應(yīng)式為AgO+2e^-+H₂O=Ag+2OH^-，結(jié)合電極反應(yīng)式進(jìn)行判斷．

解答 解：由鋁礬土（含Al₂0₃和少量的Si0₂及鐵的氧化物）制備 金屬鋁的方法是，鋁土礦中加入足量稀硫酸過濾得到濾液我硫酸鋁，硫酸亞鐵等，加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液PH10.8-14使鐵離子全部沉淀，鋁離子全部形成偏鋁酸鹽，過濾得到偏鋁酸鈉溶液，在溶液中通入過量二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到氫氧化鋁，洗滌干燥后灼燒得到氧化鋁，電解熔融氧化鋁得到金屬鋁；
（1）依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析，增大濃度，升高溫度，加入催化劑，增大接觸面積等可以加快反應(yīng)速率，為了加快鋁礬土的酸溶速率，除了反應(yīng)過程不斷攪拌外，還可釆取的措施有，升高反應(yīng)溫度，增大硫酸濃度，粉碎鋁土礦等，
故答案為：升高反應(yīng)溫度，增大硫酸濃度，粉碎鋁土礦等；
（2）酸性溶液中過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入H₂0₂時，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，溶液中存在鐵離子，要檢驗Fe²⁺是否反應(yīng)完全，利用其還原性應(yīng)選擇的試劑最好為高錳酸鉀溶液，分析圖表數(shù)據(jù)選擇沉淀鋁離子的PH，加入NaOH調(diào)節(jié)濾液A的pH在使鋁離子生成偏鋁酸鈉，氫氧化鐵沉淀不能溶解，所以選擇調(diào)節(jié)的PH為10.8---14，
故答案為：10.8---14；
（3）過濾器是漏斗和濾紙組成，需要漏斗和濾紙，
故答案為：漏斗和濾紙；
（4）若C0₂和CO的體積比為1：1，當(dāng)陰極得到27g鋁時，n（Al）=$\frac{27g}{27g/mol}$=1mol，2Al₂O₃$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Al+3H₂O
得到氧氣物質(zhì)的量=1mol×$\frac{3}{4}$=0.75mol，
氧元素守恒，設(shè)二氧化碳、一氧化碳物質(zhì)的量為x，則2x+x=0.75×2
x=0.5mol，
①C（s，石墨）+0₂（g）=C0₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
②2C（s，石墨）+0₂（g）=2C0（g）△T=-221.0kJ•mol^-1
結(jié)合蓋斯定律①-②×$\frac{1}{2}$得到C0（g）+$\frac{1}{2}$O₂=C0₂（g）△H=-283kJ•mol^-1
陽極生成的氣體0.5molCO用作燃料能放出熱量=$\frac{1}{2}$mol×283kJ•mol^-1 =141.5KJ
故答案為：141.5；
（5）鋁做負(fù)極，失電子被氧化，在堿性溶液中生成NaAlO₂，氧化銀做正極，得電子被還原為Ag，電解質(zhì)溶液為NaOH溶液，所以其電池反應(yīng)式為：2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO₂+3Ag+H₂O，正極上電極反應(yīng)式為：AgO+2e^-+H₂O=Ag+2OH^-，
故答案為：AgO+2e^-+H₂O=Ag+2OH^-．

點評 本題考查了物質(zhì)制備流程的分析，主要是影響反應(yīng)速率因素判斷，除雜的分析應(yīng)用，原電池原理和熱化學(xué)方程式的計算分析，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．