Question

7．鋁及化合物是中學(xué)化學(xué)中常見物質(zhì)，請(qǐng)用所學(xué)知識(shí)回答下列問題：
（1）氫氧化鋁是兩性氫氧化物，請(qǐng)用電離方程式表示其兩性H⁺+AlO₂^-+H₂O?Al（OH）₃?Al³⁺+3OH^-
（2）NaAlH₄是重要的具有研究前景的絡(luò)合金屬絡(luò)合氫化物，其電子式為，遇水劇烈反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體，其反應(yīng)化學(xué)方程式為NaAlH₄+2H₂O=NaAlO₂+4H₂↑．
（3）以鋁土礦為原料，提取氧化鋁、冶煉鋁的工藝流程如圖1

 ①濾渣1的主要成分為SiO₂，試劑B為NaOH溶液
②試劑C為過量CO₂氣體，則生成沉淀的離子方程式為CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-
③電解氧化鋁時(shí)陽極要定期補(bǔ)充碳粉，原因是電解氧化鋁時(shí)陽極生成氧氣，與碳反應(yīng)生成二氧化碳
（4）2015年4月《Nature》上刊文，斯坦福大學(xué)華裔科學(xué)家戴宏杰的團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室成功研制出了在1分鐘內(nèi)充滿電，并且重復(fù)充放電7500次后仍不衰減的鋁離子超級(jí)電池（普通鋰離子電池只能充電1000多次）．該電池還具有能彎曲，不自燃，沖擊不爆炸的優(yōu)異特性．放電時(shí)其工作原理簡化如圖2表示
據(jù)此，請(qǐng)寫出鋁離子超級(jí)電池電極方程式
放電時(shí)正極：Cn（AlCl₄）+e^-=C_n+AlCl₄^-
充電時(shí)陰極：4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-
（5）已知：K_sp[Al（OH）₃]=1×10^-33，K_sp[Fe（OH）₃]=3×10^-39，pH=7.1時(shí)Mn（OH）₂開始沉淀．室溫下，除去MnSO₄溶液中的Fe³⁺、Al³⁺（使其濃度均小于1×10^-6 mol•L^-1），需調(diào)節(jié)溶液pH范圍為5.0＜PH＜7.1．

Answer 1

分析 （1）氫氧化鋁是兩性氫氧化物，溶液中存在酸式電離和堿式電離，堿式電離生成鋁離子和氫氧根離子，酸式電離是生成偏鋁酸根離子和氫離子、水；
（2）NaAlH₄是離子化合物，鋁和氫原子間形成四個(gè)共價(jià)鍵，據(jù)此寫出電子式；遇水劇烈反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體是與水反應(yīng)，結(jié)合水電離出的氫氧根離子生成偏鋁酸鈉和氫氣；
（3）由流程可知試劑A的目的是將鋁土礦中的金屬氧化物溶解，因此試劑A可以是稀硫酸或稀鹽酸，濾渣1為二氧化硅，過濾后加入試劑B為NaOH，可除去溶液中的Mg²⁺、Fe³⁺，濾渣2為氫氧化鎂、氫氧化鐵等，濾液中含有NaAlO₂，可通入二氧化碳?xì)怏w，生成氫氧化鋁沉淀，經(jīng)過濾、洗滌、灼燒得到氧化鋁，電解熔融的氧化鋁，得到鋁，以此解答該題，
①由以上分析可知濾渣I的主要成分是SiO₂，試劑B為氫氧化鈉溶液；
②試劑C為過量CO₂氣體，和偏鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀；
③電解氧化鋁過程中在陽極生成氧氣會(huì)消耗電極材料石墨
（4）由示意圖可知放電時(shí)鋁為負(fù)極，被氧化生成Al₂Cl₇^-，電極方程式為Al+7AlCl₄^--3e^-═4Al₂Cl₇^-，正極反應(yīng)為3C_n[AlCl₄]+3e^-=3C_n+3AlCl₄^-，電解時(shí)陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電解方程式為C_n+AlCl₄^--e^-═C_n[AlCl₄]，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極方程式為4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-，以此解答該題；
（5）pH=7.1時(shí)Mn（OH）₂開始沉淀．室溫下，除去MnSO₄溶液中的Fe³⁺、Al³⁺，結(jié)合Al（OH）₃完全變成沉淀時(shí)的pH、Fe（OH）₃完全變成沉淀時(shí)的pH分析．

解答 解：（1）氫氧化鋁是兩性氫氧化物，溶液中存在酸式電離和堿式電離，電離方程式為：H⁺+AlO₂^-+H₂O?Al（OH）₃?Al³⁺+3OH^-，
故答案為：H⁺+AlO₂^-+H₂O?Al（OH）₃?Al³⁺+3OH^-；
（2）NaAlH₄是離子化合物，酸根離子中鋁漯河四個(gè)氫原子形成四個(gè)共價(jià)鍵，電子式為：，遇水劇烈反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體是與水反應(yīng)，結(jié)合水電離出的氫氧根離子生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NaAlH₄+2H₂O=NaAlO₂+4H₂↑，
故答案為：；NaAlH₄+2H₂O=NaAlO₂+4H₂↑；
（3）由流程可知試劑A的目的是將鋁土礦中的金屬氧化物溶解，因此試劑A可以是稀硫酸或稀鹽酸，濾渣1為二氧化硅，過濾后加入試劑B為NaOH溶液，可除去溶液中的Mg²⁺、Fe³⁺，濾渣2為氫氧化鎂、氫氧化鐵等，濾液中含有NaAlO₂，可通入過量二氧化碳?xì)怏w，生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，經(jīng)過濾、洗滌、灼燒得到氧化鋁，電解熔融的氧化鋁，得到鋁，
①分析可知濾渣1為SiO₂，試劑B為過量NaOH溶液，可除去溶液中的Mg²⁺、Fe³⁺，
故答案為：SiO₂；NaOH溶液；
 ②試劑C為過量CO₂氣體，和偏鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
 ③電解氧化鋁時(shí)陽極生成氧氣，與電極材料石墨即碳反應(yīng)生成二氧化碳，應(yīng)在陽極定期補(bǔ)充炭塊，
故答案為：電解氧化鋁時(shí)陽極生成氧氣，與碳反應(yīng)生成二氧化碳；
（4）由示意圖可知放電時(shí)鋁為負(fù)極，被氧化生成Al₂Cl₇^-，電極方程式為Al+7AlCl₄^--3e^-═4Al₂Cl₇^-，正極反應(yīng)為：3C_n[AlCl₄]+3e^-=3C_n+3AlCl₄^-，放電時(shí)正極電極反應(yīng)寫為C_n（AlCl₄）+e^-=C_n+AlCl₄^-，充電時(shí)陰極電極反應(yīng)是發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-，
故答案為：C_n（AlCl₄）+e^-=C_n+AlCl₄^-； 4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-；
（5）pH=7.1時(shí)Mn（OH）₂開始沉淀．室溫下，除去MnSO₄溶液中的Fe³⁺、Al³⁺，氫氧化鋁完全變成沉淀時(shí)的pH：Ksp[Al（OH）₃]=1×10^-33=c（Al³⁺）×c³（OH^-），c（Al³⁺）=1×10^-6mol•L^-1，解得：c（OH^-）=1×10^-9mol•L^-1，c（H⁺）=1×10^-5mol•L^-1pH=5，同理Fe（OH）₃完全變成沉淀時(shí)，pH約為3.5，故pH范圍是：5.0＜pH＜7.1，
故答案為：5.0＜PH＜7.1．

點(diǎn)評(píng) 本題以鋁化合物的性質(zhì)為載體綜合考查工業(yè)冶煉鋁、原電池和電解池原理及其電極反應(yīng)書寫、溶度積常數(shù)計(jì)算等知識(shí)，側(cè)重于考查學(xué)生分析和解決問題的能力，綜合性強(qiáng)，為高考常見題型，注意把握制備原理和反應(yīng)的流程，題目難度中等．