Question

11．鋁及其化合物用途廣泛，研究其性質(zhì)具有重要意義．
（1）鋁離子的結構示意圖為．
（2）美國普度大學研究開發(fā)出一種利用鋁鎵合金制備氫氣的新工藝，過程如圖1所示：

①鋁鎵合金與水反應的化學方程式為2Al+3H₂O$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂↑．
②該工藝過程中，能量的轉化形式分別有太陽能轉變?yōu)殡娔�，電能轉化為化學能，化學能轉變?yōu)闊崮埽ㄌ睢笆裁茨苻D變?yōu)槭裁茨堋保��?br />③該工藝過程總反應的實質(zhì)是2H₂O$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑．
（3）室溫下，往0.2mol/LAl₂ （ SO₄）₃溶液中逐滴加入1.0mol/L NaOH溶液，實驗測得溶液pH隨NaOH溶液體積變化的曲線如圖2所示．解釋c→d過程中pH增大且幅度較大的原因（請結合必要的化學用語）Al（OH）₃+NaOH═NaAlO₂+2H₂O，c點開始主要是Al（OH）₃溶于NaOH，生成顯堿性的NaAlO₂，體系是Al（OH）₃和NaAlO₂的混合，隨著NaAlO₂濃度的增大，pH增大，該過程類似于酸堿中和，因此pH有突躍．

Answer 1

分析 （1）鋁原子核外有13個電子，核外有三個電子層，最外層3個電子，鋁離子是鋁原子失去最外層電子形成；
（2）鋁鎵合金與水反應得到氧化鋁、氫氣和鎵，相當于鎵未參加反應，是鋁和水反應是氧化還原反應，氧化鋁在通電條件下電解生成鋁和氧氣，電能是利用太陽能提供，開始的反應物是鋁鎵合金，最終的生成物是鋁鎵合金，
①流程分析可知鎵合金與水的反應中生成物是氧化鋁、氫氣和鎵，相當于鎵未參加反應，所以實際上發(fā)生的反應是鋁和水反應生成氫氧化鋁和氫氣；
②該工藝中能量的轉化形式有：太陽能電池電解氧化鋁是太陽能轉化為電能、電能轉化為化學能，鋁和水反應是氧化還原反應，反應過程中放熱是化學能轉化為熱能，所以有三種形式的能量轉化；
③該工藝中發(fā)生的反應有：2Al+3H₂O$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂↑①，2Al₂O₃$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Al+3O₂②，將方程式①×2+②得方程式2H₂O$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$H₂↑+O₂↑；
（3）室溫下，往0.2mol/LAl₂ （ SO₄）₃溶液中逐滴加入1.0mol/L NaOH溶液，硫酸鋁為強酸弱堿鹽，水解顯酸性，水解離子反應為Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺a-b段，加入NaOH溶液，消耗氫離子，發(fā)生反應：H⁺+OH^-═H₂O，b-c段溶液的pH變化不大，主要發(fā)生反應：Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，則加入的OH^-主要用于生成Al（OH）₃沉淀；c-d段溶液pH變化較大，c點后pH發(fā)生突變，NaOH過量，Al（OH）₃沉淀開始溶解，生成NaAlO₂，堿性較強．

解答 解：（1）鋁原子核外有13個電子，核外有三個電子層，最外層3個電子，鋁離子是鋁原子失去最外層電子形成，離子結構示意圖為，
故答案為：；
（2）①鋁鎵合金與水的反應中生成物是氧化鋁、氫氣和鎵，相當于鎵未參加反應，所以實際上發(fā)生的反應是2Al+3H₂O$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂↑，
故答案為：2Al+3H₂O$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂↑；
②流程圖中分析可知，該工藝中能量的轉化形式有：太陽能轉化為電能，2Al₂O₃$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Al+3O₂↑，電能轉化為化學能，2Al+3H₂O$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂↑，化學能轉化為熱能，所以有三種形式的能量轉化，
故答案為：太陽能轉變?yōu)殡娔�，電能轉化為化學能，化學能轉變?yōu)闊崮埽?br />③該工藝中發(fā)生的反應有：2Al+3H₂O$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂↑①，2Al₂O₃$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Al+3O₂②，將方程式①×2+②得方程式2H₂O$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$H₂↑+O₂↑，所以反應的實質(zhì)是水的分解反應，化學方程式為：2H₂O$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，
故答案為：2H₂O$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑；
（3）硫酸鋁為強酸弱堿鹽，水解顯酸性，水解離子反應為Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，a-b段，加入NaOH溶液，消耗氫離子，發(fā)生反應：H⁺+OH^-═H₂O，b-c段溶液的pH變化不大，主要發(fā)生反應：Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，則加入的OH^-主要用于生成Al（OH）₃沉淀；c-d段溶液pH變化較大，c點后pH發(fā)生突變，NaOH過量，Al（OH）₃沉淀開始溶解，生成NaAlO₂，反應為：Al（OH）₃+NaOH═NaAlO₂+2H₂O，體系是Al（OH）₃和NaAlO₂的混合，隨著NaAlO₂濃度的增大堿性較強，pH增大，
故答案為：Al（OH）₃+NaOH═NaAlO₂+2H₂O，c點開始主要是Al（OH）₃溶于NaOH，生成顯堿性的NaAlO₂，體系是Al（OH）₃和NaAlO₂的混合，隨著NaAlO₂濃度的增大，pH增大，該過程類似于酸堿中和，因此pH有突躍．

點評 本題考查了原子結構、流程分析、鹽類水解、圖象分析判斷，注意氫氧化鋁的兩性及圖中c點pH突變?yōu)榻獯鸬年P鍵，明確b→c段中鋁離子過量，過程中的能量變化，題目難度中等．