铝和铝合金是一类重要的金属材料。回答下列问题:
(1) 除去镁粉中混有的少量铝粉,加入某试剂后反应的离子方程式为 ___________
(2) 某同学在实验室用铝土矿 ( 含有 和 ,不考虑其他杂质 ) 取金属铝的流程如下:
① 操作 Ⅰ 所加物质 a 为 ___________ ( 选填 或 NaOH) , 与 a 反应的离子方程式为 ___________ 。
② 滤液 Ⅱ 中溶质的用途之一是 ___________ 。
③ 工业上在电解熔融的 时,还加入了冰晶石 作熔剂,其作用是降低 的熔点。冰晶石在物质的分类中属于 ___________ ( 填字母 ) 。
a .酸 b .碱 c .盐 d .氧化物
(3) 铝与 在酸性或碱性条件下均可反应,为了降低饮用水中 的浓度,可以在碱性条件下用铝粉将 还原为 ,完善并配平该反应: , ___________ 。每消耗 ,转移的电子数目为 ___________ 。
(4) 已知: CCl 4 与水不相溶且密度比水大, Cl 2 的 CCl 4 溶液呈黄绿色, Br 2 的 CCl 4 溶液呈橙红色,且 Br 2 易从水溶液中溶入 CCl 4 中。 Cl 2 既能氧化 ,也能氧化 。
① 取 溶液,向其中滴加几滴新制的氯水,振荡后溶液呈黄色。取少量反应后的溶液加入 KSCN 溶液,溶液变为红色。另取少量反应后的溶液加入 CCl 4 ,振荡后,下层为无色液体。以上实验结论表明还原性: ___________ ( 填 “ > ” 或 “ < ”) 。
② 若在 溶液中通入标准状况下 672mL 的 Cl 2 ,取少量反应后的溶液加入 CCl 4 ,振荡后下层液体呈 ___________ 色,写出该反应的离子方程式 ___________ 。
2Al+2OH - +2H 2 O=2AlO + 3H 2 ↑ 制氮肥 c 5N A > 橙红
【分析】
铝土矿 ( 含有 Al 2 O 3 和 SiO 2 ,不考虑其他杂质 ) 加入物质 a ,过滤得到滤渣 ( 二氧化硅 ) 和滤液,说明 a 与二氧化硅不反应,因此 a 选硫酸,滤液 I 中主要含有硫酸铝,向滤液中加入氨水,反应生成氢氧化铝沉淀,过滤分离,滤液 Ⅱ 中主要含有硫酸铵,氢氧化铝烘干、灼烧分解生成氧化铝,电解熔融氧化铝生成铝单质与氧气;铝与碱反应生成偏铝酸盐,结合氧化还原反应的规律分析解答;根据实验现象结合题示信息分析解答。
【详解】
(1) 铝能够与氢氧化钠溶液反应,而镁不能,因此除去镁粉中混有的少量铝粉,可以加入氢氧化钠溶液,反应的离子方程式为 2Al + 2OH - +2H 2 O=2AlO + 3H 2 ↑ ,故答案为: 2Al + 2OH - +2H 2 O=2AlO + 3H 2 ↑ ;
(2)① 根据流程图,加入物质 a ,过滤得到滤渣 ( 二氧化硅 ) 和滤液,说明 a 与二氧化硅不反应,因此 a 选硫酸, 与硫酸反应的离子方程式为 ,故答案为: ; ;
② 滤液 Ⅱ 中的溶质的硫酸铵,可以用作氮肥,故答案为:制氮肥;
③ 冰晶石 (Na 3 AlF 6 ) 属于盐,故答案为: c ;
(3) 反应物为:铝、 NO 、 OH - ,生成物为: N 2 、 H 2 O ,碱性条件下铝参加反应生成物还有 AlO 。反应中 Al→AlO , Al 元素化合价由 0 价升高为 +3 价,共升高 3 价, NO →N 2 ↑ ,氮元素化合价由 +5 价降低为 0 价,共降低 10 价,化合价升降的最小公倍数为 30 ,故 Al 的系数为 10 , N 2 系数为 3 ,由氮元素守恒可知系数为 6 ,由 Al 元素守恒可知系数为 10 ,由电荷守恒可知 OH - 系数为 4 ,由 H 元素守恒可知 H 2 O 前面的系数为 2 ,故配平后的离子方程式为 10Al+6NO +4OH - =10AlO +3N 2 ↑+2H 2 O ; NO →N 2 ↑ ,氮元素化合价由 +5 价降低为 0 价,每转移 5mol 电子会消耗 1mol NO ,即每消耗 1mol NO ,转移的电子数目为 5N A ,故答案为: 10Al+6NO +4OH - =10AlO +3N 2 ↑+2H 2 O ; 5N A ;
(4)①FeBr 2 溶液中滴加几滴新制的氯水,振荡后溶液呈黄色,取少量反应后的溶液加入 KSCN 溶液,溶液变为血红色。另取少量反应后的溶液加入 CCl 4 ,振荡后,下层为无色液体,可知 Fe 2+ 被氧化为 Fe 3+ ,而 Br - 未被氧化,因此还原性: Fe 2+ > Br - ,故答案为:>;
②n(FeBr 2 )=0.4L×0.1mol/L=0.04mol , n(Cl 2 )= =0.03mol ,因为还原性: Fe 2+ > Br - ,氯气首先氧化 Fe 2+ , 2Fe 2+ + Cl 2 =2Fe 3+ + 2Cl - , Fe 2+ 完全被氧化,消耗氯气 0.02mol ,剩余的 0.01mol 氯气再氧化 Br - , Cl 2 + 2Br - =2Cl - + Br 2 , 0.01mol 氯气能够氧化 0.02mol Br - ,因此总反应为 3Cl 2 +4Fe 2+ +2Br - =4Fe 3+ +Br 2 +6Cl - ,生成溴易溶于四氯化碳,取少量反应后的溶液加入 CCl 4 ,振荡后下层液体呈橙红色,故答案为:橙红; 3Cl 2 +4Fe 2+ +2Br - =4Fe 3+ +Br 2 +6Cl - 。
铝的主要性质:
“铝三角”关系:
Al3++3OH-===Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH-===AlO2-+2H2O
Al3++4OH-===AlO2-+2H2O
AlO2-+2H2O+CO2===Al(OH)3↓+HCO3-
AlO2-+H++H2O===Al(OH)3↓
AlO2-+4H+===Al3++2H2O
铝的特殊性质:
铝既能与酸反应,也能与强碱反应。
铝与酸反应:铝与浓硫酸在常温下发生钝化,2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑
铝与碱反应:2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑
铝热反应:
铝热法是一种利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法。此种反应被称为铝热反应。
可简单认为是铝与某些金属氧化物(如Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)或非金属氧化物(如SiO2等)在高热条件下发生的反应。
铝热反应常用于冶炼高熔点的金属,并且它是一个放热反应,
其中镁条为引燃剂,氯酸钾为助燃剂。
其装置如下图所示:
铝热反应配平技巧:
取反应物和生成物中氧化物中两边氧的最小公倍数,即可快速配平,如8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe中,可取Fe3O4和Al2O3中氧的最小公倍数12,则Fe3O4前应为3Al2O3前应为4,然后便可得到Al为8,Fe为9。
镁铝的化学性质比较:
单质 | 镁 | 铝 |
与非金属反应 | 2Mg+O2=(点燃)=2MgO (发出耀眼白光) Mg+Cl2=(点燃)=MgCl2 3Mg+N2=(点燃)=Mg3N2 |
4Al+3O2=(加热)=2Al2O3 2Al+3Cl2=(加热)=2AlCl3 2Al+3S=(加热)=Al2S3 |
与沸水反应 | Mg+2H2O=(加热)=Mg(OH)2+H2↑ | 不反应 |
与酸反应 | Mg+2H+==Mg2++H2↑ 与稀硝酸反应生成Mg(NO3)2、NOx(或者N2、NH4NO3)、H2O |
2Al+6H+==2Al3++3H2↑ 在冷的浓硝酸或浓硫酸中钝化 |
与氧化物反应 | 2Mg+CO2=(点燃)=2MgO+C (剧烈燃烧,生成白色粉末和黑色固体) |
2Al+Fe2O3=(高温)=2Fe+Al2O3(铝热反应) |
与盐溶液反应 | Mg+2NH4++2H2O==Mg2++2NH3·H2O+H2↑ Mg+Cu2+==Mg2++Cu |
2Al+3Hg2+=2Al3++3Hg |
与强碱反应 | 不反应 | 2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑ |
取反应物和生成物中氧化物中两边氧的最小公倍数,即可快速配平,如8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe中,可取Fe3O4和Al2O3中氧的最小公倍数12,则Fe3O4前应为3Al2O3前应为4,底下便可得到Al为8,Fe为9。
铝与酸、碱反应的计算技巧:
铝与酸、碱反应的实质都是,,所以根据得失电子守恒可知:,利用此关系可以方便地进行有关计算。
铝与酸或碱溶液反应生成H2的量的计算:
Al是我们中学阶段学习的唯一既与H+反应也与OH-反应的金属,它与酸、碱反应既有相同点,也有不同点。
相同点:Al均被氧化成+3价,所以1molAl不论与H+还是与OH-反应均生成3gH2。
不同点:1molAl与H+反应消耗3molH+,而与OH-反应只消耗1molOH-,所以含有等物质的量的NaOH溶液和HCl溶液分别与足量的铝反应时生成的氢气的物质的量之比为3∶1。
钝化:
铝、铁在常温下与浓硫酸发生钝化,钝化不是不反应,而是被氧化成一层致密的氧化物薄膜,恰恰说明金属的活泼性。
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