某科研小组以难溶性钾长石(K2O•Al2O3•6SiO2)为原料,提取Al2O3、K2CO3等物质,工艺流程如下: (1)煅烧过程中钾长石中的钾元素和铝元素在N

某科研小组以难溶性钾长石(K2O•Al2O3•6SiO2)为原料,提取Al2O3、K2CO3等物质,工艺流程如下: (1)煅烧过程中钾长石中的钾元素和铝元素在N

题型:不详难度:来源:
某科研小组以难溶性钾长石(K2O•Al2O3•6SiO2)为原料,提取Al2O3、K2CO3等物质,工艺流程如下:
 
(1)煅烧过程中钾长石中的钾元素和铝元素在Na2CO3作用下转化为可溶性的NaAlO2和KAlO2,写出Al2O3转化为NaAlO2的化学方程式是:                              
(2)已知NaAlO2和KAlO2易发生如下水解反应:AlO2+ 2H2O  Al(OH)3 + OH,“浸取”时应保持溶液呈           性(填“酸”或“碱”)。
(3)“转化”时加入NaOH的主要作用是                              (用离子方程式表示)。
(4)上述工艺中可以循环利用的主要物质是                              和水。
(5)以Al2O3为原料,以石墨为电极,通过电解法可制得金属铝。电解池中接电源负极的一极的电极反应式是                   。长时间电解后,需要更换新的石墨电极的是        极(填“阴”或“阳”)。
答案
(14分)(1)Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑  (2分) (2)碱 (2分);  
(3)HCO3 + OH=H2O + CO32  (2分)
(4)Na2CO3、CO2(不分先后,每个2分) (5)Al3++ 3e=Al   (2分)   阳  (2分)
解析

试题分析:(1)根据原子守恒可知,氧化铝和碳酸钠在高温下反应生成偏铝酸钠的同时,一定还有二氧化碳产生,所以反应化学方程式为Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑。
(2)偏铝酸根离子水解呈碱性,所以要抑制其水解,“浸取”时应在碱性条件下进行。
(3)由工艺流程可知,滤液中主要含有碳酸氢钾、碳酸氢钠,“转化”时加入NaOH,将碳酸氢钾、碳酸氢钠转化为碳酸钾、碳酸钠,反应离子反应方程式为HCO3 + OH=H2O + CO32
(4)煅烧时需要碳酸钠,在流程图提取碳酸钾之前可得到碳酸钠,所以碳酸钠是可以参与可循环利用的物质。在浸出液中需通二氧化碳,而碳酸钙与二氧化硅、氧化铝和碳酸钠在高温下反应都有二氧化碳生成,所以二氧化碳也是可以参与循环使用的物质。
(5)电解池中连接电源负极的电极为阴极,阴极得到电子,发生还原反应。所以铝离子在阴极放电生成Al,电极反应式为Al3++ 3e=Al。电极过程中阳极生成氧气,生成的氧气会和碳反应生成二氧化碳,阳极石墨被消耗,因此需要更换新的石墨电极的是阳极。
举一反三
铝元素在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分为Al2O3,还含有Fe2O3、FeO、SiO2)中。工业上用铝土矿制备铝的某种化合物的工艺流程如下。

(1)在滤液A中加入漂白液,目的是氧化除铁,所得滤液B显酸性。
①该过程中涉及某氧化还原反应如下,请完成:
□Fe2++□ClO+                   =□Fe(OH)3↓+□C1+               
②检验滤液B中是否还含有铁元素的方法为:                                      (注明试剂、现象)。
③将滤液B中的铝元素以沉淀形式析出,可选用的最好试剂为           (填代号)。
a.氢氧化钠溶液       b.硫酸溶液      c.氨水         d.二氧化碳
④由滤液B制备氯化铝晶体涉及的操作为:边滴加浓盐酸边蒸发浓缩、冷却结晶、          (填操作名称)、洗涤。
(2)已知H2O2是一种弱酸,在强碱性溶液中主要以HO2形式存在。目前研究比较热门的Al-H2O2燃料电池,其原理如右图所示,电池总反应如下:2Al+3HO2=2AlO2+OH+H2O

①正极反应式为                                    
②Al电极易被NaOH溶液腐蚀,这是该电池目前未能推广使用的  
原因之一,电极被腐蚀的离子方程式为                                           
(3)钢材镀铝可以防止钢材腐蚀,在镀铝电解池中电解液采用熔融盐(成分NaCl、KCl,电镀时氯元素和铝元素主要以AlCl4形式存在)。不采用氯化铝溶液的原因是                     
(4)SiO2和NaOH焙烧制备硅酸钠,可采用的装置为           (填代号)。
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Al及其化合物在工业上有极其广泛的用途,
(1)焊接钢轨时用Al冶炼Fe的反应方程式为      ;铝的化合物明矾可用于净水,其原理用离子方程式解释为           
(2)硅藻遗骸中主要成分是Al2O3、SiO2和Fe2O3。从中获取Al(OH)3的过程如下:
步骤I:取适量硅藻遗骸用70%H2SO4浸泡;
步骤II:向上述浸泡液中加入过量NaOH并过滤;
步骤III:向上述滤液中通入过量CO2过滤得到Al(OH)3
①用70%H2SO4浸取硅藻遗骸的目的是        
②步骤II中涉及铝元素的离子方程式为      
③步骤III中能否用HCl代替CO2     (填“能”或“不能”);该步骤所得滤液中存在的电荷守恒式为       ;向该滤液中滴加少量NaOH溶液,则    填(“变大”、“变小”或“不变”)
(3)Al(OH)3可用作阻热材料,试从Al(OH)3的化学性质角度分析其原因        
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SiO2、SO­2和CO2都是酸性氧化物,它们的化学性质具有一定的相似性;Mg和Na的化学性质也具有一定相似性。某兴趣小组用如图所示装置进行Mg与SO2反应的实验。

(1)选择制取SO2的合适试剂           (填编号)。
①浓HCl     ②浓H2SO4     ③Na2SO3固体     ④CaSO3固体
(2)上述装置还可优化,优化的方法是                                               ,装置C中NaOH溶液的作用是                                   
(3)甲同学推测Mg与SO2的反应与CO2相似,则该反应方程式为                       
               ;乙同学的推测是:2Mg+3SO22MgSO3+S;丙同学的推测是:3Mg+SO22MgO+MgS,要验证甲、乙、丙三位同学的推测是否正确,丁同学作如下实验探究:
已知:MgSO3和MgS都是微溶于水,能与盐酸发生复分解反应放出气体;H2S气体通入CuSO4溶液中出现黑色沉淀。
限选试剂:2mol/L HCl、2mol/L HNO­3、蒸馏水、2mol/LNaOH、品红溶液、澄清石灰水、2mol/LCuSO4;仪器和用品自选。
序号
实验步骤
预期现象和结论

取少量反应后所得固体于试管中
 

向试管中的固体慢慢滴加          
试管口塞上带导管的单孔塞,并将导管通入盛有        的试管中。
若试管中的             
则丙同学推测正确。
若试管中的固体未完全溶解,且            ,则乙同学推测正确。
根据上述实验探究,能证明甲同学推测正确的操作和预期现象是                                                                     
(4)上述实验需要100mL,2mol/L的HCl,配制时选用      (选填10 mL、25 mL、50 mL或100 mL)量筒量取36.5%,密度1.19g/mL的浓盐酸的体积为    mL。(保留三位有效数字)
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某研究性学习小组为测定某含镁3%一5%的铝镁合金(不含其它元素)中镁的质量分数,设计了下列三种不同实验方案进行探究,请根据他们的设计回答有关问题。
【探究一】实验方案:
问题讨论:(1)实验中发生反应的化学方程式是        
(2)若实验中称取5.4g铝镁合金粉末样品,投入VmL2.0mol/L NaOH溶液中,充分反应。则NaOH溶液的体积V≥         mL。 
(3)实验中,当铝镁合金充分反应后,在称量剩余固体质量前,还需进行的实验操作按顺序依次为          
【探究二】实验方案:称量xg铝镁合金粉末,放在如图所示装置的惰性电热板上,通电使其充分灼烧。
问题讨论:(4)欲计算Mg的质量分数,该实验中还需测定的数据是                

(5)假设实验中测出该数据为yg,则原铝镁合金粉末中镁的质量分数为      (用含x、y代数式表示)。
[探究三]实验方案:
问题讨论:(6)同学们拟选用下边的实验装置完成实验,你认为最简易的装置其连接顺序是:
a接       。(填接口字母,仪器不一定全选。)   

(7)同学们仔细分析(6)中连接的实验装置后,又设计了下左图所示的实验装置。

①装置中导管a的作用是        
②实验前后碱式滴定管中液面读数分别如上右图,则产生氢气的体积为      mL。
③与上左图装置相比,用(6)中连接的装置进行实验时,容易引起误差的原因是    (任写一点)。
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下列物质中,与盐酸、氢氧化钠溶液均能反应,且都生成氢气的是
A.Al2O3B.Al(OH)3C.AlD.(NH4)2CO3

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