Question

19．鋁是地殼中含量最高的金屬元素，其單質(zhì)及化合物在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用．
（1）普通水泥的主要成分之一是鋁酸三鈣（3CaO•Al₂O₃），3CaO•Al₂O₃中Al的化合價(jià)為+3；
（2）氯化鋁廣泛用于有機(jī)合成和石油工業(yè)的催化劑．將鋁土礦粉（Al₂O₃）與炭粉混合后加熱并通入氯氣，可得到氯化鋁，同時(shí)生成CO，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO；
（3）現(xiàn)將一定量的鋁粉和鎂粉的混合物與100mL稀硝酸充分反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中無(wú)任何氣體放出．在反應(yīng)結(jié)束后的溶液中，逐漸加入4mol•L^-1的NaOH溶液，加入NaOH溶液的體積（mL）與產(chǎn)生沉淀的質(zhì)量的關(guān)系如圖所示．

①D→E過(guò)程中反應(yīng)的離子方程式為NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O；
②A點(diǎn)對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)的數(shù)值是0.696g，原稀硝酸的濃度是0.66mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)物質(zhì)鋁酸三鈣的化學(xué)式Ca₃Al₂O₆，利用化合物中各元素的化合價(jià)代數(shù)和為0的原則，由化合物中鈣、氧為+2、-2價(jià)，計(jì)算化合物中Al元素的化合價(jià)；
（2）根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件寫(xiě)出反應(yīng)方程式；
（3）先加入NaOH溶液時(shí)沒(méi)有沉淀生成，說(shuō)明NaOH先和溶液中酸反應(yīng)，則硝酸有剩余，發(fā)生反應(yīng)HNO₃+NaOH=NaNO₃+H₂O；
硝酸有剩余，所以鎂和鋁完全溶解，溶液中存在Al³⁺和Mg²⁺，繼續(xù)滴加NaOH溶液有沉淀生成，發(fā)生反應(yīng)Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，所以隨著NaOH的加入，沉淀的物質(zhì)的量逐漸增加，到D點(diǎn)時(shí)Al³⁺和Mg²⁺恰好完全沉淀；
繼續(xù)滴加NaOH，沉淀的物質(zhì)的量不變，說(shuō)明發(fā)生反應(yīng) NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O，當(dāng)E點(diǎn)時(shí)，溶液中的溶質(zhì)只有NaNO₃；
繼續(xù)滴加NaOH溶液，沉淀的物質(zhì)的量減小，發(fā)生反應(yīng) Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）設(shè)化合物Ca₃Al₂O₆中Al元素化合價(jià)為n價(jià)，依化合物中各元素化合價(jià)代數(shù)和為零的原則，有（+2）×3+n×2+（-2）×6=0，解之得n=+3，
故答案為：+3；
（2）加熱條件下，氯氣、氧化鋁和碳反應(yīng)生成氯化鋁和一氧化碳，反應(yīng)方程式為：Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO，
故答案為：Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO；
（3）先加入NaOH溶液時(shí)沒(méi)有沉淀生成，說(shuō)明NaOH先和溶液中酸反應(yīng)，則硝酸有剩余，發(fā)生反應(yīng)HNO₃+NaOH=NaNO₃+H₂O；
硝酸有剩余，所以鎂和鋁完全溶解，溶液中存在Al³⁺和Mg²⁺，繼續(xù)滴加NaOH溶液有沉淀生成，發(fā)生反應(yīng)Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，所以隨著NaOH的加入，沉淀的物質(zhì)的量逐漸增加，到D點(diǎn)時(shí)Al³⁺和Mg²⁺恰好完全沉淀；
繼續(xù)滴加NaOH，沉淀的物質(zhì)的量不變，說(shuō)明發(fā)生反應(yīng) NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O，當(dāng)E點(diǎn)時(shí)，溶液中的溶質(zhì)只有NaNO₃；
繼續(xù)滴加NaOH溶液，沉淀的物質(zhì)的量減小，發(fā)生反應(yīng) Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
①D→E過(guò)程中是加入的NaOH和NH₄⁺反應(yīng)，離子方程式為：NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O，故答案為：NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O；
②設(shè)金屬中鎂為xmol，鋁為ymol，而將Al³⁺和Mg²⁺完全沉淀所消耗的NaOH的體積為12mL，故有：2x+3y=12mL×10^-3×4mol/L…①
將生成的氫氧化鋁完全溶解消耗2mLNaOH溶液，故有：y=2mL×10^-3×4mol/L…②
解得x=0.012mol     y=0.008mol
而A點(diǎn)時(shí)，沉淀只有Mg（OH）₂，故沉淀的質(zhì)量m=0.012mol×58g/mol=0.696g；
E點(diǎn)時(shí)，溶液中的溶質(zhì)只有NaNO₃，故在E點(diǎn)時(shí)，加入的n（NaOH）=n（HNO₃）=16.5mL×10^-3×4mol/L=0.066mol
故原溶液中硝酸的物質(zhì)的量為0.066mol，物質(zhì)的量c=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.066mol}{0.1L}$=0.66mol，
故答案為：0.696g；0.66．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氧化還原反應(yīng)、離子方程式的計(jì)算，明確圖片中各個(gè)階段發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，知道各個(gè)拐點(diǎn)溶液中對(duì)應(yīng)的溶質(zhì)，再結(jié)合方程式、原子守恒進(jìn)行解答，綜合性較強(qiáng)．