Question

15．鋁（熔點(diǎn)660℃）是一種應(yīng)用廣泛的金屬，工業(yè)上用Al₂O₃（熔點(diǎn)2045℃）和冰晶石（NaAlF₆，六氟合鋁酸鈉）混合熔融后電解制得．回答下列間題：
（1）冶金工業(yè)上常用金屬鋁作還原劑冶煉釩、鉻、錳，鋁與V₂O₃在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式為V₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2V+Al₂O₃．
（2）將打磨過的鋁片在酒精燈火焰上加熱，可觀察到鋁熔化而不滴落，原因是鋁與氧氣反應(yīng)生成氧化鋁的熔點(diǎn)高；鋁是活潑金屬，但打磨過的鋁片投入沸水中不易觀察到有氣泡產(chǎn)生．若將鋁片用飽和Hg（NO₃）₂溶液浸泡數(shù)分鐘，取出后迅速洗凈，可制得俗稱“鋁汞齊“的鋁汞合金，鋁汞齊露置在空氣中，表面會(huì)快速生長(zhǎng)出篷松的白毛（Al₂O₃），若將新制的鋁汞齊放入水中，可迅速反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，該反應(yīng)的化學(xué)方程式：2Al+6H₂O=2Al（OH）₃+3H₂↑；鋁汞齊的化學(xué)性質(zhì)變得“活潑”的原因可能是表面不容易形成致密氧化膜．
（3）將0.1mol•L^-1AlCl₃溶液和10%NH₄F溶液等體積混合，充分反應(yīng)后滴加氨水，無沉淀析出．則AlCl₃與NH₄F反應(yīng)的化學(xué)方程式為AlCl₃+NH₄F=（NH₄）₃AlF₆+3NH₄Cl；該實(shí)驗(yàn)所用試管及盛裝NH₄F溶液的試劑瓶均為塑料材質(zhì)，原因是氟化銨中的氟離子水解生成氫氟酸，氫氟酸能夠與玻璃中二氧化硅反應(yīng)，對(duì)玻璃有強(qiáng)烈的腐蝕性而對(duì)塑料則無腐蝕性．
（4）飲水中的NO₃^-對(duì)人類健康會(huì)產(chǎn)生危害，為了降低飲用水中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(yīng)的離子方程式為10Al+6NO₃^-+4OH^-=10AlO₂^-+3N₂↑+2H₂O，此方法的缺點(diǎn)是處理后的水中生成了AlO₂^-，仍然可能對(duì)人類健康產(chǎn)生危害，還需要對(duì)該飲用水進(jìn)行一系列后續(xù)處理．
已知：25℃時(shí)，K_sp[Al（OH）₃]=1.3×10^-33
Al（OH）₃?AlO₂^-+H⁺+H₂O K=1.0×10^-13
25℃時(shí)，若欲使上述處理后的水中AlO₂^-濃度降到1.0×10^-6mol•L^-1，則應(yīng)調(diào)節(jié)至pH=7，此時(shí)水中c（Al³⁺）=1.3×10^-12mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)鋁熱反應(yīng)原理，三氧化二釩與鋁反應(yīng)生成氧化鋁和釩；
（2）鋁與氧氣反應(yīng)生成氧化鋁的熔點(diǎn)高；鋁與水反應(yīng)生成氫氧化鋁和氫氣；鋁汞齊的化學(xué)性質(zhì)變得“活潑”的原因可能汞做溶劑，隔絕空氣使鋁表面不容易形成致密氧化膜；
（3）氯化鋁與氟化銨反應(yīng)生成六氟合鋁酸銨和氯化銨；氟化銨水解生成氫氟酸，氫氟酸能夠與玻璃中二氧化硅反應(yīng)；
（4）根據(jù)題干信息，反應(yīng)物為：鋁、NO₃^-、OH^-，生成物為：N₂、H₂O、堿性條件下鋁參加反應(yīng)生成物還有AlO₂^-，根據(jù)電子守恒和原子守恒書寫方程式；
依據(jù)Al（OH）₃?AlO₂^-+H⁺+H₂O K=1.0×10^-13，結(jié)合水中AlO₂^-濃度降到1.0×10^-6mol•L^-1，計(jì)算氫離子濃度；依據(jù)K_sp[Al（OH）₃]=1.3×10^-33，計(jì)算鋁離子濃度．

解答 解：（1）三氧化二釩與鋁反應(yīng)生成氧化鋁和釩，化學(xué)方程式：V₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2V+Al₂O₃；
故答案為：V₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2V+Al₂O₃；
（2）鋁與氧氣反應(yīng)生成氧化鋁的熔點(diǎn)高，則鋁箔在酒精燈火焰上加熱熔化但不滴落；鋁與水反應(yīng)生成氫氧化鋁和氫氣，化學(xué)方程式：2Al+6H₂O=2Al（OH）₃+3H₂↑；
故答案為：鋁與氧氣反應(yīng)生成氧化鋁的熔點(diǎn)高；2Al+6H₂O=2Al（OH）₃+3H₂↑；表面不容易形成致密氧化膜；
（3）氯化鋁與氟化銨反應(yīng)生成六氟合鋁酸銨和氯化銨，方程式：AlCl₃+NH₄F=（NH₄）₃AlF₆+3NH₄Cl；氟化銨中的氟離子水解生成氫氟酸，氫氟酸能夠與玻璃中二氧化硅反應(yīng)，對(duì)玻璃有強(qiáng)烈的腐蝕性而對(duì)塑料則無腐蝕性，所以該實(shí)驗(yàn)所用試管及盛裝NH4F溶液的試劑瓶均為塑料材質(zhì)；
故答案為：AlCl₃+NH₄F=（NH₄）₃AlF₆+3NH₄Cl；氟化銨中的氟離子水解生成氫氟酸，氫氟酸能夠與玻璃中二氧化硅反應(yīng)，對(duì)玻璃有強(qiáng)烈的腐蝕性而對(duì)塑料則無腐蝕性；
（4）根據(jù)題干信息，反應(yīng)物為：鋁、NO₃^-、OH^-，生成物為：N₂、H₂O、堿性條件下鋁參加反應(yīng)生成物還有AlO₂^-，反應(yīng)中Al→AlO₂^-，Al元素化合價(jià)由0價(jià)升高為+3價(jià)，共升高3價(jià)，NO₃^-→N₂↑，氮元素化合價(jià)由+5價(jià)降低為0價(jià)，共降低10價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為30，依據(jù)原子個(gè)數(shù)守恒、電荷守恒反應(yīng)的離子方程式：10Al+6NO₃^-+4OH^-=10AlO₂^-+3N₂↑+2H₂O；
水中AlO₂^-濃度降到1.0×10^-6mol•L^-1，依據(jù)Al（OH）₃?AlO₂^-+H⁺+H₂O K=1.0×10^-13，則C（H⁺）=$\frac{1.0×1{0}^{-13}}{1.0×10{\;}^{-6}}$=10^-7（mol/L）；
pH=7，C（OH-）=10^-7mol/L，：25℃時(shí)，K_sp[Al（OH）₃]=1.3×10^-33，則C（Al³⁺）=$\frac{1.3×10{\;}^{-33}}{（1{0}^{-7}）{\;}^{3}}$=1.3×10^-12mol•L^-1；
故答案為：7；1.3×10^-12mol•L^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題為綜合題，考查了金屬的冶煉、離子方程式、方程式的書寫、有關(guān)平衡常數(shù)的計(jì)算，熟悉鋁及其化合物性質(zhì)是解題關(guān)鍵，注意化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用，題目難度中等．