Question

【題目】鋁是一種輕金屬，被稱為金屬界的“萬金油”，應用范圍極為廣闊。含鋁的化合物如氧化鋁、氫氧化鋁等在工業上用途十分廣泛。

完成下列填空：

(1)鋁是活潑金屬，在干燥空氣中鋁的表面立即形成厚約5 nm的致密氧化膜，寫出除去氧化膜的一種方法____________________(用方程式表示)。

(2)氫氧化鋁是用量最大、應用最廣的無機阻燃添加劑，解釋氫氧化鋁能做阻燃劑的原因_____________________(用方程式說明)；寫出Al(OH)3的電離方程式________________。

(3)明礬(KAl(SO4)2·12H2O)的水溶液呈_______性(選填“酸”、“堿”或“中”)，溶液中離子濃度大小順序為_____________________。將明礬溶液與小蘇打溶液混合會產生白色沉淀和氣體，請用平衡移動原理解釋該現象。_______________________________________

(4)碳熱還原氯化法從鋁土礦中煉鋁具有步驟簡單、原料利用率高等優點，其原理如下：

Ⅰ． Al2O3(s) + AlCl3(g) + 3C(s) 3AlCl(g) + 3CO(g) – 1486 kJ

Ⅱ． 3AlCl(g) 2Al(l) + AlCl3(g) + 140 kJ

① 寫出反應Ⅰ的化學平衡常數表達式K=_____________，升高溫度，K_______(填增大、減小、不變)。

② 寫出反應Ⅱ達到平衡狀態的一個標志_________________________________；

結合反應Ⅰ、Ⅱ進行分析，AlCl3在煉鋁過程中的作用可以看作______________。

③ 將1mol氧化鋁與3mol焦炭的混合物加入2L反應容器中，加入2mol AlCl3氣體，在高溫下發生反應Ⅰ。若5min后氣體總質量增加了27.6g，則AlCl的化學反應速率為_________ mol/(L·min)。

Answer 1

【答案】Al2O3 + 6HCl =2AlCl3 + 3H2O或Al2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O 2Al(OH)3Al2O3 + 3H2O Al3+ + 3OH-Al(OH)3H++AlO2- + H2O 酸 c(SO42-)＞c(K+)＞c(Al3+)＞c(H+)＞c(OH-) 鋁離子水解呈酸性，Al3+ + H2OAl(OH)3+3H+，碳酸氫根水解呈堿性HCO3- + H2OH2CO3 + OH-，兩者水解相互促進，平衡向右進行，因此出現沉淀與氣體 增大 壓強不變(合理即可) 催化劑 0.06

【解析】

(1)氧化鋁屬于兩性氧化物，可以與鹽酸，也可以與氫氧化鈉反應；

(2) 氫氧化鋁分解吸熱，生成的氧化鋁覆蓋在可燃物表面，起到阻燃作用；氫氧化鋁是兩性氫氧化物；

(3)明礬電離出的鋁離子能夠水解呈酸性，碳酸氫根水解呈堿性，兩者水解相互促進；

(4) ① 根據化學平衡常數表達式書寫K的表達式；該反應為吸熱反應，結合平衡移動的影響因素分析判斷；

②根據平衡狀態的特征和標志分析解答；將反應Ⅰ+反應Ⅱ得：Al2O3(s) + 3C(s) 3CO(g) +2Al(l)，據此分析判斷AlCl3的作用；

③Al2O3(s) + AlCl3(g) + 3C(s) 3AlCl(g) + 3CO(g) 屬于氣體質量的增加的反應，結合氣體總質量的增加量計算出AlCl的物質的量，再結合化學反應速率=計算。

(1)氧化鋁屬于兩性氧化物，可以用鹽酸，也可以用氫氧化鈉除去鋁片表面的氧化膜，反應方程式為Al2O3 + 6HCl =2AlCl3 + 3H2O或Al2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O，故答案為：Al2O3 + 6HCl =2AlCl3 + 3H2O或Al2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O；

(2) 氫氧化鋁受熱分解吸熱，同時生成的氧化鋁熔點高，覆蓋在可燃物表面，起到阻燃作用，氫氧化鋁分解的方程式為2Al(OH)3Al2O3 + 3H2O，氫氧化鋁是兩性氫氧化物，電離方程式為Al3+ + 3OH-Al(OH)3H++AlO2- + H2O，故答案為：2Al(OH)3Al2O3 + 3H2O；Al3+ + 3OH-Al(OH)3H++AlO2- + H2O；

(3)明礬(KAl(SO4)2·12H2O)屬于強酸弱堿鹽，鋁離子水解，溶液呈酸性，溶液中離子濃度大小順序為c(SO42-)＞c(K+)＞c(Al3+)＞c(H+)＞c(OH-)。將明礬溶液與小蘇打溶液混合會產生白色沉淀和氣體，是因為鋁離子水解呈酸性，Al3+ + H2OAl(OH)3+3H+，碳酸氫根水解呈堿性HCO3- + H2OH2CO3 + OH-，兩者水解相互促進，平衡向右進行，因此出現沉淀與氣體，故答案為：酸；c(SO42-)＞c(K+)＞c(Al3+)＞c(H+)＞c(OH-)；鋁離子水解呈酸性，Al3+ + H2OAl(OH)3+3H+，碳酸氫根水解呈堿性HCO3- + H2OH2CO3 + OH-，兩者水解相互促進，平衡向右進行，因此出現沉淀與氣體；

(4) ① 反應Ⅰ.Al2O3(s) + AlCl3(g) + 3C(s) 3AlCl(g) + 3CO(g) – 1486 kJ的化學平衡常數表達式K=，該反應為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，K增大，故答案為：；增大；

② 反應Ⅱ達到平衡狀態時，各種氣體的物質的量濃度不變，氣體的壓強不變等；反應Ⅰ+反應Ⅱ得：Al2O3(s) + 3C(s) 3CO(g) +2Al(l)– 1346 kJ，說明AlCl3在煉鋁過程中是催化劑，故答案為：壓強不變(合理答案均可)；催化劑；

③設生成的AlCl的物質的量為x，

Al2O3(s) + AlCl3(g) + 3C(s) 3AlCl(g) + 3CO(g) 氣體質量的增加量

3mol 138g

X 27.6g

則=，解得：x=0.6mol，則AlCl的化學反應速率==0.06mol/(L·min)，故答案為：0.06。