Question

【題目】鋁（熔點660℃）是一種應用廣泛的金屬，鎵（Ga）與鋁同主族，曾被稱為“類鋁”，其氧化物和氫氧化物均為兩性化合物。工業上以鋁土礦（含有Al2O3、Ga2O3、SiO2等物質）為原料提取Al2O3（熔點2045℃），并將Al2O3和冰晶石（Na3AlF6，六氟合鋁酸鈉）混合熔融后電解制得。回答下列問題：

（1）冶金工業上常用金屬鋁作還原劑冶煉釩、鉻、錳等金屬，寫出鋁與CrO3在高溫下反應的化學方程式 ___________________。

（2）操作I得到濾渣的主要成分有________________ 。

（3）將0.1 mol/L AlCl3溶液和10% NH4F溶液等體積混合，充分反應后滴加氨水，無沉淀析出。則AlCl3與NH4F反應的化學方程式為 ________________ ；該實驗所用試管及盛裝NH4F溶液的試劑瓶均為塑料材質，原因是 _________________________。

（4）飲用水中的NO3-對人類健康會產生危害。為了降低飲用水中的NO3-的濃度，有研究人員建議在堿性條件下用鋁粉將NO3-還原為N2，該反應的離子方程式為_________ ，此方法的缺點是處理后的水中生成了AlO2-，仍然可能對人類健康產生危害，還需對該飲用水進行一系列后續處理。已知：25℃時，Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33，Al(OH)3AlO2-+H++H2O K=1.0×10-13。25℃時，若欲使上述處理的水中AlO2-濃度降低到1.0×10-6 mol/L，則應調節至pH=____，此時水中=__________。

（5）工業上常用碳棒作電極電解熔融氧化鋁的方法冶煉鋁（如圖所示）。

①陰極電極反應式為________________________ 。

②工業生產中，陽極材料要定期補充，其原因是：____________________。

（6）下列有關推理不合理的是 ______。

a．工業上可以用熱還原法來制取Ga

b．酸性：Al(OH)3＞Ga(OH)3

c．由最外層電子數相同可知，鎵與鋁的化學性質相似

d．可用GaCl3溶液、氨水和鹽酸設計實驗證明Ga(OH)3的兩性

Answer 1

【答案】 CrO3 + 2AlAl2O3 + Cr SiO2 AlCl3+6NH4F=(NH4)3AlF6+3NH4Cl NH4F電離出的F－水解生成HF，對玻璃有強腐蝕性而對塑料則無腐蝕性 10Al+6NO3－+4OH－=3N2↑+10AlO2－+2H2O 7 1.3×10－12 mol/L Al3+ +3e－ =Al 陽極產生的氧氣與陽極材料中的碳發生反應 abd

【解析】考查化學工藝流程，（1）鋁作還原劑，把Cr置換出來，其反應方程式為2Al＋CrO3Al2O3＋Cr；（2）Al2O3和Ga2O3都屬于兩性氧化物，SiO2屬于酸性氧化物，因此試劑A應為酸，即濾渣的主要成分是SiO2；（3）根據題意，氯化鋁和氟化銨反應生成六氟合鋁酸銨和氯化銨，因此AlCl3與NH4F反應的方程式為AlCl3+6NH4F=(NH4)3AlF6+3NH4Cl；氟化銨中F－水解產生HF，氫氟酸腐蝕玻璃，因此實驗所用試管及盛裝NH4F溶液的試劑瓶均為塑料材質；（4）根據信息，Al被氧化成AlO2－，NO3－被還原成N2，因此離子反應方程式為10Al+6NO3－+4OH－=3N2↑+10AlO2－+2H2O ； 平衡常數K=c(AlO2－)×c(H＋)，因此c(H＋)=K/c(AlO2－)=1.0×10－13/1.0×10－6mol·L－1=1.0×10－7mol·L－1，即pH=7，c(Al3＋)=Ksp/c3(OH－)=1.3×10 －33/(1.0×10－7)3=1.3×10－12mol·L－1；（5）①陰極上發生還原反應，即陰極反應式為Al3＋＋3e－=Al；②陽極產生的氧氣與陽極材料中的碳發生反應；（6）a、Al與Ga屬于同主族，因此工業上常用電解法制取Ga，故a錯誤；b、溶液中通入過量的CO2，只有Al(OH)3沉淀生成，說明酸性強弱順序是Ga(OH)3>H2CO3>Al(OH)3，故b錯誤；c、Ga與Al屬于同主族，最外層電子數相同，化學性質相似，故c正確；d、根據氫氧化鋁溶于強堿不溶于弱堿，因此用氫氧化鈉替代氨水，故d錯誤。