备战高考化学 铝及其化合物推断题 培优练习含答案附答案.docx
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备战高考化学铝及其化合物推断题培优练习含答案附答案
2020-2021备战高考化学铝及其化合物推断题培优练习(含答案)附答案
一、铝及其化合物
1.Ⅰ.某化工厂以铬铁矿(主要成分为FeO和Cr2O3,含有Al2O3、SiO2等杂质)为主要原料生产化工原料红矾钠(主要成分Na2Cr2O7·2H2O),工艺流程如图:
i.常温,NaBiO3不溶于水,有强氧化性,碱性条件下,能将Cr3+转化为CrO42-。
ii.常温时,部分金属离子开始沉淀和完全沉淀时的pH值
(1)步骤①提高酸溶速率的措施__(任填一条即可)。
固体A的成分是___。
(2)步骤③需加氢氧化钠溶液调节pH,调节pH范围为__,目的是__。
(3)写出④反应的离子方程式__。
(4)将溶液H经过__即得红矾钠粗晶体。
Ⅱ.经该工厂的工业废水中含1.00×10-3mol·L-1的Cr2O72-,其毒性较大。
该化工厂的科研人员为了变废为宝,将废水处理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4(Fe的化合价依次为+3、+2),又设计了如下工艺流程:
(5)第①步反应的离子方程式是__。
(6)常温时,如忽略步骤①所加FeSO4·7H2O所引起的溶液体积变化,依据上表数据,则步骤②加入NaOH溶液调节溶液的pH至9时,溶液中Cr3+的浓度为___mol/L(101/2≈3.2)。
(7)欲使1L该废水中的Cr2O72-完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4。
理论上需要加入FeSO4·7H2O的质量为__g(已知FeSO4·7H2O的摩尔质量为278g/mol)。
【答案】加热/搅拌/粉碎/适当提高稀硫酸的浓度(任写一条)SiO24.9≤pH<5.5使Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去3NaBiO3+2Cr3++7OH-+H2O=2Cr2O72−+3Bi(OH)3↓+3Na+蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥Cr2O72−+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O6.4×10−142.78
【解析】
【分析】
铬铁矿中的FeO、Cr2O3和Al2O3均能溶于硫酸,SiO2不溶,过滤,向滤液中加入双氧水,氧化亚铁离子,步骤③的目的是使Fe3+、Al3+沉淀,过滤,向滤液中加入NaBiO3、NaOH,能将Cr3+转化为Cr2O72−,过滤,将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥得到Na2Cr2O7·2H2O。
【详解】
⑴加热、搅拌、粉碎、适当提高稀硫酸的浓度均可加快化学反应速率,任答一种即可。
按照元素化合物知识,铬铁矿中的FeO、Cr2O3和Al2O3均能溶于硫酸,SiO2不溶,故第①步得到的固体A为SiO2;故答案为:
加热/搅拌/粉碎/适当提高稀硫酸的浓度(任写一条);SiO2。
⑵步骤③的目的是使Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去,但不能使Cr3+沉淀,故需要调节的pH范围为4.9≤pH<5.5,故答案为:
4.9≤pH<5.5;使Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去。
⑶常温下,NaBiO3不溶于水,有强氧化性,在碱性条件下,能将Cr3+转化为Cr2O72−,则反应的离子方程式为3NaBiO3+2Cr3++7OH-+H2O=2Cr2O72−+3Bi(OH)3↓+3Na+;故答案为:
3NaBiO3+2Cr3++7OH-+H2O=2Cr2O72−+3Bi(OH)3↓+3Na+。
⑷溶液H得红矾钠粗晶体需经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥;故答案为:
蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥。
⑸Cr2O72−有强氧化性,FeSO4·7H2O中Fe2+有一定的还原性,在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+,自身被还原为Cr3+,根据元素守恒及所处环境可知,还有水生成,反应离子方程式为Cr2O72−+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O;故答案为:
Cr2O72−+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O。
⑹常温时,如忽略步骤①所加FeSO4·7H2O所引起的溶液体积变化,依据上表数据得到Cr3+开始沉淀时pH=5.5,即
,则
,步骤②加入NaOH溶液调节溶液的pH至9时,
,则溶液中Cr3+的浓度为
,
;故答案为;6.4×10−14mol·L−1。
⑺欲使1L该废水中n(Cr2O72−)=1×10−3mol,根据Cr原子、Fe原子守恒,可得Cr2O72−~4Cr0.5Fe1.5FeO4~10FeSO4·7H2O,因此理论上n(FeSO4·7H2O)=10n(Cr2O72−)=10×1×10−3mol=0.01mol,所以质量m(FeSO4·7H2O)=0.01mol×278g∙mol−1=2.78g;故答案为2.78g。
2.为了降低电子垃圾对环境构成的影响,将一批废弃的线路板简单处理后,得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物,并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线:
(1)第①步Cu与混酸反应的离子方程式为________________。
得到滤渣1的主要成分为___________。
(2)第②步中加入H2O2的作用是__________________,使用H2O2的优点是_________;调溶液pH的目的是_________________。
(3)简述第③步由滤液2得到CuSO4·5H2O的方法是_________________________。
(4)由滤渣2制取Al2(SO4)3·18H2O,设计了以下三种方案:
上述三种方案中,_______方案不可行,原因是________________;
从原子利用率角度考虑,_______方案更合理。
(5)用滴定法测定CuSO4·5H2O含量。
取ag试样配成100mL溶液,每次取20.00mL,消除干扰离子后,用cmol·L-1EDTA(H2Y2-)标准溶液滴定至终点,平均消耗EDTA溶液bmL。
滴定反应如下:
Cu2++H2Y2-→CuY2-+2H+。
写出计算CuSO4·5H2O质量分数的表达式ω=__________________。
【答案】Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O或3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2OAu、Pt将Fe2+氧化为Fe3+不引入杂质,对环境无污染使Fe3+、Al3+沉淀除去加热滤液2,经过蒸发、冷却、结晶、过滤,最终制得硫酸铜晶体甲所得产品中含有较多Fe2(SO4)3杂质乙
×100%
【解析】
【分析】
【详解】
(1)Cu与混酸反应的实质是与H+、NO3-反应,随反应进行离子浓度逐渐减小,所以离子方程式为Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O,3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O,Au、Pt不与混酸反应,所以滤渣的主要成分是Au、Pt;
(2)加过氧化氢的目的是把亚铁离子氧化成铁离子,方便除去;而且加入过氧化氢不会引入新的杂质且无污染;调节溶液的pH目的是使Fe3+、Al3+沉淀除去;
(3)由滤液2得到CuSO4·5H2O的方法是把滤液蒸发得浓溶液再冷却结晶,过滤得硫酸铜晶体;
(4)甲方案不可行,因为滤渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,加入硫酸沉淀全部溶解使制得的产品中含有较多Fe2(SO4)3杂质;从原子利用率角度分析,乙方案更合理,不仅能除去硫酸铁,同时增加了硫酸铝的量,原子利用率较高;
(5)由滴定反应方程式得100mL溶液中n(Cu2+)=b×10-3×a×5mol,所以CuSO4·5H2O质量分数=b×10-3×a×5×250/a×100%。
3.从铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下:
请回答下列问题:
(1)固体A的主要成分是______________(写名称).
(2)铝土矿与过量烧碱反应的离子方程式为______、______.
(3)电解熔融氧化铝可制得两种单质,写出该反应化学方程式______________.
(4)指出流程乙的一个缺点是____________.
(5)氧化铝与焦炭的混合物在氮气中高温加热反应,制得新型非金属材料AlN与一种中学常见气体X.已知每转移6.02×1023个电子,有0.5mol化合物X生成,此反应的化学方程式________________.
【答案】二氧化硅Al2O3+2OH_=2AlO2_+H2OSiO2+2OH_=SiO32﹣+H2O2Al2O3==4Al+3O2↑氧化铝中含有二氧化硅杂质Al2O3+N2+3C
2AlN+3CO.
【解析】流程甲:
铝土矿中加入过量的稀盐酸,SiO2与盐酸不反应,Al2O3、Fe2O3、MgO均可与盐酸反应生成相应的氯化物,反应方程式为Al2O3+6H+===2Al3++3H2O;Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O;MgO+2H+===Mg2++H2O;反应液中加入过量烧碱,Al3+变为AlO2-,Mg2+、Fe3+变为Mg(OH)2 和Fe(OH)3 沉淀,过滤后,滤液中通入足量的二氧化碳气体,生成了Al(OH)3沉淀;反应方程式为AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-。
流程乙:
铝土矿中加入过量的氢氧化钠溶液,Fe2O3、MgO与氢氧化钠不反应,SiO2、Al2O3均与强碱反应生成硅酸钠和偏铝酸钠,过滤,滤液中通入足量的二氧化碳,反应生成了Al(OH)3沉淀和硅酸。
(1)综上所述,固体A的主要成分是二氧化硅;正确答案:
二氧化硅。
(2)铝土矿中Al2O3、SiO2均与强碱反应,生成偏铝酸盐和硅酸盐,反应的离子方程式分别为:
Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O、SiO2+2OH_=SiO32﹣+H2O;正确答案:
Al2O3+2OH_=2AlO2-+H2O、SiO2+2OH_=SiO32﹣+H2O。
(3)电解熔融氧化铝可制得金属铝和氧气,反应化学方程式2Al2O3==4Al+3O2↑;正确答案:
2Al2O3==4Al+3O2↑。
(4)SiO2、Al2O3均与强碱反应生成硅酸钠和偏铝酸钠,过滤,滤液中通入足量的二氧化碳,反应生成了Al(OH)3沉淀和硅酸,加热后,得到氧化铝和二氧化硅,即氧化铝中含有二氧化硅杂质;正确答案:
氧化铝中含有二氧化硅杂质。
(5)氧化铝与焦炭的混合物在氮气中高温加热反应,制得新型非金属材料AlN与一种中学常见气体X,根据元素守恒可以知道X中应含有氧元素和碳元素,已知每转移6.02×1023个电子即1mol电子,有0.5mol化合物X生成,由电子转移守恒,可得在X中C的化合价为
所以X是CO,所以该反应的化学方程式为Al2O3+N2+3C
2AlN+3CO;正确答案:
Al2O3+N2+3C
2AlN+3CO。
点睛:
二氧化硅为酸性氧化物,与强碱反应,不与强酸反应;氧化铝为两性氧化物,既能与强酸,又能与强碱反应;氧化铁、氧化镁属于碱性氧化物,只能与强酸反应,不与强碱反应。
4.短周期主族元素A、B、C、D、E、G的原子序数依次增大,在元素周期表中A的原子半径最小(稀有气体元素除外),B与C相邻且C的最外层电子数是次外层的3倍,C、D的最外层电子数之和与G的最外层电子数相等,E是地壳中含量最多的金属元素。
回答下列问题:
(1)C在元素周期表中的位置是__________;由C和D组成既含离子键又含共价键的化合物的电子式__________。
(2)分别由C、D、E、G元素形成的简单离子的半径由大到小的顺序为__________(用相应的离子符号表示)。
(3)写出实验室中制备G元素的单质的离子方程式______________________________
(4)E单质能写D的最高价氧化物的水化物浓溶液反应放出氢气,反应的离子方程式是:
__________由上述六种元素中的三种组成的某种盐,是漂白液的主要成分,将该盐溶液滴入硫酸酸化的KI淀粉溶液中,溶液变为蓝色,则反应的化学方程式为________________________________________.
【答案】第二周期第ⅥA族
ClO-+2I-+2H+=Cl-+I2+2H2O
【解析】
【分析】
短周期主族元素A、B、C、D、E、G原子序数依次增大,A是元素周期表中原子半径最小的元素,则A为H元素;C的最外层电子数是次外层的3倍,原子只能有2个电子层,最外层电子数为6,故C为O元素;B与C相邻,且B的原子序数较小,故B为N元素;E是地壳中含量最多的金属元素,则E为Al;C(氧)、D的最外层电子数之和与G的最外层电子数相等,则D原子最外层电子数为1、G原子最外层电子数为7,结合原子序数可知D为Na、G为Cl。
【详解】
(1)C为氧元素,在元素周期表中的位置是二周期第VIA族;C和D组成既含离子键又含共价键的化合物为Na2O2,电子式为
;
(2)C、D、E、G分别为O、Na、Al、Cl,电子层数越多离子半径越大,电子层数相同核电荷数越小半径越大,则简单离子由大到小的顺序为
;
(3)实验室利用二氧化锰和浓盐酸共热制备氯气,离子方程式为:
;
(4)Al单质可以和NaOH溶液反应生成氢气和偏铝酸钠,离子方程式为
;漂白液的主要成分为NaClO,具有强氧化性,根据现象可知将碘离子氧化成碘单质,根据电子守恒和元素守恒可知方程式为ClO-+2I-+2H+=Cl-+I2+2H2O。
5.实验室中有6瓶失去标签的白色固体:
纯碱、氢氧化镁、氯化钡、硫酸铝、硫酸氢钠、氯化钾。
除蒸馏水、试管和胶头滴管外,无其他任何试剂和仪器。
某学生通过以下实验步骤即可鉴别它们。
请填写下列空白:
(1)各取适量固体于6支试管中,分别加入适量蒸馏水,有一支试管中的现象和其他5支明显不同,此试管中的现象是________________________,
据此现象鉴别出的一种物质是__________。
(2)分别将所剩5种溶液依次编号为A、B、C、D、E,然后进行两两混合。
观察到C没有出现任何现象;D分别和A、B、E混合时均产生了白色沉淀;B和E混合时既有白色沉淀产生,又有无色气体放出。
据此可推断出:
①A、C、D三种物质的化学式依次是________________。
②B、E两者中有一种可与A反应,它与足量A反应的离子方程式为__________________。
③在两两混合时,能最终确定B、E成分的实验现象及结论是_____________________。
(3)上述物质溶于水抑制水的电离,且溶液显酸性的物质的化学式为________,其溶液显酸性的原因是___________________。
【答案】白色固体不溶于水Mg(OH)2NaHSO4、KCl、BaCl2CO32-+2H+===H2O+CO2↑B、E两溶液,与A溶液混合时产生气体的是纯碱,否则是硫酸铝NaHSO4NaHSO4===Na++H++SO42-,所产生的H+抑制水的电离
【解析】
【分析】
(1)只有氢氧化镁不溶于水;
(2)剩余5种物质中,KCl与其它4种物质均不反应,氯化钡与纯碱、硫酸铝、硫酸氢钠均反应生成白色沉淀,纯碱与硫酸铝发生相互促进水解反应生成沉淀和气体;
(3)只有硫酸氢钠电离显酸性,抑制水的电离。
【详解】
(1)各取适量固体于6支试管中,分别加入适量蒸馏水,有一支试管中的现象和其他5支明显不同,此支试管中的现象是物质难溶于水,据此现象鉴别出的一种物质是Mg(OH)2,
因此,本题正确答案是:
白色固体不溶于水;Mg(OH)2;
(2)将所剩5种溶液依次编号为A、B、C、D、E,然后进行两两混合。
观察到C没有出现任何现象,可以知道C为KCl;D分别和A、B、E混合时均产生了白色沉淀,可以知道D为BaCl2;B和E混合时既有白色沉淀产生,又有无色气体放出,B、E为纯碱、硫酸铝中的一种,则A为NaHSO4。
①A、C、D三种物质的化学式依次是NaHSO4、KCl、BaCl2,
因此,本题正确答案是:
NaHSO4、KCl、BaCl2;
②B、E两者中有一种可与A反应,纯碱与氢离子反应,则它与足量A反应的离子方程式为CO32-+2H+===H2O+CO2↑,
因此,本题正确答案是:
CO32-+2H+===H2O+CO2↑;
③确定B、E成分的实验现象及结论是与A混合时产生气体的是纯碱,否则是硫酸铝,
因此,本题正确答案是:
B、E两溶液,与A溶液混合时产生气体的是纯碱,否则是硫酸铝;
(3)溶于水抑制水的电离的物质的化学式为NaHSO4,其溶液显酸性的原因是NaHSO4===Na++H++SO42-,所产生的H+抑制水的电离,
因此,本题正确答案是:
NaHSO4;NaHSO4===Na++H++SO42-,所产生的H+抑制水的电离。
6.简要回答下列问题
(1)医疗上,常用胃舒平[主要成分Al(OH)3]来治疗胃酸(主要成分盐酸)过多,其理由是__________(用离子方程式表示)。
(2)生活中不能用铝制容器储存氢氧化钠溶液的原因是__________(用化学方程式表示)。
(3)工业制备漂白粉原理是__________(用化学方程式表示)。
(4)人们常用雕花玻璃装饰房间。
在玻璃上雕花时发生反应的化学方程式是__________。
(5)硅酸钠的水溶液俗称水玻璃,向其中通入过量的CO2,会出现软而透明的凝胶胶体,其化学方程式是__________。
【答案】3H++Al(OH)3=Al3++3H2OAl2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O;2Al+2NaOH+2H2O=2NaA1O2+3H2↑2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2OSiO2+4HF=SiF4↑+2H2ONa2SiO3+2CO2+2H2O==H2SiO3↓+2NaHCO3
【解析】
【分析】
玻璃的主要成分之一为二氧化硅,它是酸性氧化物,不能与硫酸、硝酸、盐酸等发生反应,但能与氢氟酸发生反应。
不过,二氧化硅与氢氟酸反应,表现的不是酸性氧化物的性质,是氢氟酸特有的性质。
【详解】
(1)胃舒平中的Al(OH)3与胃酸中的盐酸反应,生成氯化铝和水,其理由是3H++Al(OH)3=Al3++3H2O;
答案为:
3H++Al(OH)3=Al3++3H2O;
(2)生活中不能用铝制容器储存氢氧化钠溶液,因为铝表面的Al2O3与NaOH反应后,里面的Al与NaOH溶液继续反应,化学方程式为Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O;2Al+2NaOH+2H2O=2NaA1O2+3H2↑;
答案为:
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O;2Al+2NaOH+2H2O=2NaA1O2+3H2↑;
(3)工业上利用氯气与石灰乳反应生产漂白粉,反应的化学方程式为2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O;
答案为:
2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O;
(4)在玻璃上雕花是利用氢氟酸与玻璃中的SiO2发生复分解反应,反应的化学方程式为SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O;
答案为:
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O;
(5)向硅酸钠水溶液中通入过量的CO2,会出现软而透明的硅酸凝胶和NaHCO3,反应的化学方程式为Na2SiO3+2CO2+2H2O==H2SiO3↓+2NaHCO3;
答案为:
Na2SiO3+2CO2+2H2O==H2SiO3↓+2NaHCO3。
【点睛】
“向硅酸钠水溶液中通入过量的CO2”,若不注意审题,我们很容易写成Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3,解题时,对关键词“过量”一定要引起高度重视。
7.钠、铝、铁是三种重要的金属。
请回答:
(1)钠元素的金属性比铝___(填“强”或“弱”)。
三种金属对应的氢氧化物中,具有两性的物质是__(填化学式)。
(2)将一小块金属钠投入水中,发生反应的离子方程式为__;可观察到的实验现象是__(填序号)。
A.钠沉到水底B.钠熔成小球
C.小球四处游动D.钠无变化
(3)Fe与Cl2在一定条件下反应,所得产物的化学式是__。
将该产物溶于水配成溶液,分装在两支试管中。
请回答:
①若向其中一支试管中滴加KSCN溶液,则溶液变成___色。
②向另一支试管中滴加NaOH溶液,反应的离子方程式是___。
(4)Na2O2可作为呼吸面具中的供氧剂,其供氧时主要反应的化学方程式为:
__。
(5)在AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量,观察到的现象是___。
【答案】强Al(OH)32Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑BCFeCl3红Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2、2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑先生成白色沉淀,然后白色沉淀消失
【解析】
【分析】
(1)金属钠与铝处于同周期,金属性逐渐减弱,最高价氧化物对应的水化物碱性逐渐减弱;
(2)金属钠与水反应,生成氢氧化钠和氢气;由于钠的密度小于水的密度,因此钠浮在水面上;反应放热,因此钠熔化成光亮的小球;反应放出气体,因此钠四处游动;最终金属钠完全溶解;
(3)Fe在Cl2燃烧,生成FeCl3,将FeCl3溶于水后,溶液中存在大量的Fe3+,滴加KSCN溶液后,溶液变为血红色;滴加氢氧化钠溶液后生成红褐色沉淀;
(4)Na2O2可作为呼吸面具中的供氧剂,可与CO2和H2O反应;
(5)在AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液,生成白色沉淀Al(OH)3,当NaOH溶液过量时,沉淀逐渐溶解,最终完全消失。
【详解】
(1)钠元素的金属性比铝强;钠、铝、铁三种金属对应的氢氧化物中具有两性的物质是Al(OH)3;
(2)钠和冷水反应,生成氢氧化钠和氢气,离子方程式为:
2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑;由于钠的密度小于水的密度,因此钠浮在水面上;反应放热,因此钠熔化成光亮的小球;反应放出气体,因此钠四处游动;最终金属钠完全溶解,因此金属钠与水反应的实验中,可观察到的实验现象是钠熔成小球、小球四处游动,答案选BC;
(3)Fe在Cl2燃烧,生成FeCl3,将FeCl3溶于水后,溶液中存在大量的Fe3+,滴加KSCN溶液后,溶液变为血红色;滴加氢氧化钠溶液后生成红褐色沉淀,离子方程式为:
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓;
(4)Na2O2可作为呼吸面具中的供氧剂,可与CO2和H2O反应,反应方程式为:
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2、2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑;
(5)在AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液,生成白色沉淀Al(OH)3,当NaOH溶液过量时,沉淀逐渐溶解,最终完全消失。
8.工业上制备铝一般是从铝土矿(主要成分是Al2O3,含有Fe2O3杂质)中得到纯净的Al2O3,然后电解Al2O3得到铝。
下图是从铝土矿中提纯Al2O3的简单示意图。
其中涉及到的一个反应:
2NaAlO2+CO2+3H2O=Na2CO3+2Al(OH)3↓。
(1)图示中实验操作
(1)是________;加入的试剂②是__________(填化学式)
(2)试写出B溶液中的溶质的化学式:
_____________
(3)写出化学方程式: