化学铝及其化合物推断题的专项培优练习题及答案.docx

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化学铝及其化合物推断题的专项培优练习题及答案

2020-2021化学铝及其化合物推断题的专项培优练习题及答案

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．Al2O3是铝的重要化合物，有着广泛的应用。

以下是Al2O3的实验室制备流程图。

根据题意回答下列问题：

（1）实验室制备过程中，废铝材料先用Na2CO3溶液浸洗的目的是_____；A试剂是____________（填物质名称）。

（2）两条途径中有一条明显不合理，它是_______（填“途径1”或“途径2”），合理的方案是______。

（3）某同学从多、快、好、省的原则考虑，认为综合途径1和2，可以既节约药品又节省时间来实现由“废铝材料”制备“Al2O3”，该同学的实验设计流程是（模仿上面流程图设计）__________。

（4）若要从滤液中得到NaCl晶体，其实验操作是_____。

（5）得到的Al2O3中可能含有Na2CO3杂质，请设计实验检验杂质：

（写出所需试剂、实验步骤和结论）_________。

（6）现有含Na2CO3杂质的Al2O3样品，为了测定Al2O3的纯度，请你设计实验方案，列出计算式：

_____（式中含有a、b等字母）。

【答案】除去铝材表面的油腻稀盐酸途径2将稀盐酸改成通入过量CO2

蒸发结晶、趁热过滤、干燥取少量样品溶于水，取上层清液，加入氯化钡溶液，若出现白色沉淀，则证明有Na2CO3,反之则没有取样品质量为b，加水溶解后，加入足量的氯化钡溶液，沉淀完全以后，过滤、洗涤和干燥，称量（恒重）得沉淀ag。

计算式为：

【解析】

【分析】

从废铝材中提取氧化铝，途径1先用稀盐酸反应生成氯化铝，再与Na2CO3溶液发生双水解生成氢氧化铝，再灼烧分解生成氧化铝；途径2氧化铝先与氢氧化钠生成偏铝酸钠，再与盐酸生成氢氧化铝，再灼烧分解生成氧化铝，据此分析解答。

【详解】

（1）废铝材料先用Na2CO3溶液浸洗的目的是除去铝材表面的油腻，A为稀盐酸，故答案为：

除去铝材表面的油腻；稀盐酸；

（2）途径2不合理，因为盐酸的量不好控制，改进的方法是将稀盐酸改成通入过量CO2，故答案为：

途径2；将稀盐酸改成通入过量CO2；

（3）综合途径1和2，可以既节约药品又节省时间来实现由“废铝材料”制备“Al2O3”，应该用铝材先分别生成氯化铝和偏铝酸钠，两者再发生双水解生产氢氧化铝，流程为：

；

（4）氯化钠的溶解度受温度影响小，若要从若要从滤液中得到NaCl晶体，操作为：

蒸发结晶、趁热过滤、干燥，故答案为：

蒸发结晶、趁热过滤、干燥；

（5）得到的Al2O3中可能含有Na2CO3杂质，检测的方法为：

取少量样品溶于水，取上层清液，加入氯化钡溶液，若出现白色沉淀，则证明有Na2CO3,反之则没有，故答案为：

取少量样品溶于水，取上层清液，加入氯化钡溶液，若出现白色沉淀，则证明有Na2CO3,反之则没有；

（6）现有含Na2CO3杂质的Al2O3样品，为了测定Al2O3的纯度，可采用方案为：

取样品质量为b，加水溶解后，加入足量的氯化钡溶液，沉淀完全以后，过滤、洗涤和干燥，称量（恒重）得沉淀ag；BaCO3沉淀质量为ag，则n（BaCO3）=

=

mol=n（Na2CO3），则m（Na2CO3）=

mol

106g/mol=

，Na2CO3的纯度=

，Al2O3的纯度=

；故答案为：

取样品质量为m，加水溶解后，加入足量的氯化钡溶液，沉淀完全以后，过滤、洗涤和干燥，称量（恒重）得沉淀ag；计算式为：

。

【点睛】

本题考查物质分离和提纯，侧重考查元素化合物性质、氧化还原反应、物质分离和提纯实验操作，注意从整体上分析流程图中每一步发生的反应。

3．2019年诺贝尔奖授予了在开发锂离子电池方面做出卓越贡献的三位化学家。

锂离子电池的广泛应用要求处理锂电池废料以节约资源、保护环境。

锂离子二次电池正极铝钴膜主要含有LiCoO2、Al等，处理该废料的一种工艺如图所示：

（1）Li的原子结构示意图为_____________，LiCoO2中Co的化合价为_______。

（2）“碱浸”时Al溶解的离子方程式为__________________________________。

（3）“酸溶”时加入H2O2的目的是______________________________________。

（4）“沉钴”的离子方程式为___________________________________________。

（5）配制100mL1.0mol/L（NH4）2C2O4溶液，需要的玻璃仪器出玻璃棒、烧杯外，还有_____。

（6）取CoC2O4固体4.41g在空气中加热至300℃，得到的钴的氧化物2.41g，则该反应的化学方程式为__________________________________________________________。

【答案】

+3

将

中的

Ⅲ

还原为

价

100mL容量瓶、胶头滴管

【解析】

【分析】

铝钴膜主要含有

、Al等，将废料先用碱液浸泡，将Al充分溶解，过滤后得到的滤液中含有偏铝酸钠，滤渣为

，将滤渣用双氧水、硫酸处理后生成

、

，然后加入氨水调节溶液的pH，生成氢氧化锂沉淀从而除去锂离子，最后对滤液用草酸铵洗涤处理，经过一系列处理得到草酸钴。

据此解答。

【详解】

（1）锂是3号元素，原子结构示意图为

，

中Li显

价，氧元素显

价，设钴元素的化合价是x，根据在化合物中正负化合价代数和为零，可得：

，则

，故答案为：

；

；

（2）“碱浸”时Al溶解于氢氧化钠溶液，反应的离子方程式为

；

（3）双氧水具有氧化性，“酸溶”时加入

，可以将

中的

Ⅲ

还原为

价，用氨水调节pH，将锂离子转化为氢氧化锂沉淀，所得滤渣主要为LiOH，故答案为：

将

中的

Ⅲ

还原为

价；

（4）“沉钴”中

与草酸铵反应生成草酸钴，反应的离子方程式为

，故答案为：

；

（5）配制100mL1.0mol/L（NH4）2C2O4溶液，需要经过称量、溶解、转移、洗涤、定容等步骤，需要的玻璃仪器除玻璃棒、烧杯外，还需要100mL容量瓶、胶头滴管，故答案为：

100mL容量瓶、胶头滴管；

（6）4.41gCoC2O4的物质的量为

，其中含有钴元素的质量

，因此钴的氧化物中含有氧元素的质量

，氧元素的物质的量

，因此该钴的氧化物为

，钴元素被氧化，因此反应物中需要氧气参与，根据元素守恒，生成物中还有二氧化碳，反应的方程式为

，故答案为：

。

【点睛】

从处理铝钴膜废料的工艺流程不难得出：

Co的化合价多于一种，所以钴元素的氧化物有多种，所以我们得先确认本题中生成的是哪种氧化物，才能正确书写方程式。

4．工业上常采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣（主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3制取七水合硫酸亚铁（FeSO4·7H2O），设计流程如图：

（1）溶解烧渣选用的足量的酸的名称是___。

（2）固体1的主要成分是___。

（3）加入药品X后，溶液1中主要反应的离子方程式为___。

（4）从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解，经过、___、___过滤等步骤得到晶体。

（5）有同学认为在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O，你认为这一方案___（填写“可行”或“不可行”）。

【答案】硫酸SiO2Fe+2Fe3+=3Fe2+蒸发浓缩冷却结晶不可行

【解析】

【分析】

硫铁矿焙烧取硫后的烧渣（主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质）中加入足量稀硫酸，发生的反应有Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O、Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O，SiO2不溶于稀硫酸，然后过滤，得到的固体1成分为SiO2，滤液1中含有Fe2（SO4）3、H2SO4、Al2（SO4）3；在滤液1中加入X，然后加入NaOH溶液并调节溶液的pH，得到固体2为Al（OH）3和溶液2，从溶液2中能得到FeSO4•7H2O晶体，说明溶液2中溶质为FeSO4，则X具有还原性，能将Fe3+还原为Fe2+，且不能引进新的杂质，则X为Fe，加入试剂X发生的离子反应有2Fe3++Fe=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑，将溶液2蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到FeSO4•7H2O晶体，据此分析解答。

【详解】

（1）根据最终产物为七水合硫酸亚铁可知溶解烧渣的酸为硫酸；

（2）固体1为不溶于硫酸的SiO2；

（3）试剂X为Fe，可还原铁离子，离子方程式为Fe+2Fe3+=3Fe2+；

（4）从溶液中得到晶体一般需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；

（5）在溶液1中含有铁离子和铝离子，加过量的氢氧化钠，铝离子转化为偏铝酸根离子，铁离子与氢氧根离子结合生成氢氧化铁沉淀，所以最终得到的是硫酸铁而不是硫酸亚铁，所以不可行。

5．现有金属单质A、B、C和气体甲、乙、丙及物质D、E、F、G、H，它们之间能发生如下反应（图中有些反应的产物和反应的条件没有全部标出）。

请根据以上信息回答下列问题：

（1）写出下列物质的化学式：

A_____________、B___________、C______________、F_____________、H____________、乙______________

（2）写出下列反应化学方程式：

反应①_________________________________________________

反应⑤_________________________________________________

反应⑥_________________________________________________

【答案】NaAlFeFeCl2Fe（OH）3Cl22Na+2H2O=2NaOH+H2↑2FeCl2+Cl2=2FeCl3FeCl3+3NaOH=Fe（OH）3↓+3NaCl

【解析】

【分析】

【详解】

金属单质A的焰色为黄色，则A为Na；反应①为Na与水反应生成NaOH和H2，则物质D为NaOH，气体为H2；金属B与NaOH反应生成H2，则金属B为Al；黄绿色气体为Cl2，反应②为H2与Cl2化合成HCl，则气体丙为HCl，物质E为盐酸；金属C与盐酸反应生成F，F与Cl2反应生成物质G，G与NaOH反应得红棕色沉淀，则金属C为Fe，F为FeCl2，G为FeCl3；

（1）A、B、C、F、H、乙的化学式依次为Na、Al、Fe、FeCl2、Fe（OH）3、Cl2。

（2）反应①的化学方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑；

反应⑤的化学方程式为Cl2+2FeCl2=2FeCl3；

反应⑥的化学方程式为FeCl3+3NaOH=Fe（OH）3↓+3NaCl。

6．现有A、B、C、D、E五种短周期元素，已知A、B、C、D四种元素的核内质子数之和为56，在元素周期表中的位置如图所示，1molE的单质可与足量酸反应，能产生33.6LH2（在标准状况下）；E的阳离子与A的阴离子核外电子层结构相同。

A

B

C

D

回答下列问题：

（1）写出元素A名称______，元素B符号________，E原子电子式________

（2）C的简单离子结构示意图为_____________

（3）B单质在A单质中燃烧，反应现象是___________，生成物的化学式为___________

（4）A与E形成的化合物的电子式为__________，它的性质决定了它在物质的分类中应属于____________（酸性氧化物/碱性氧化物/两性氧化物）

（5）向D与E形成的化合物的水溶液中滴入烧碱溶液至过量，此过程中观察到的现象是_________，写出化合物DE与过量烧碱反应的化学反应方程式________。

【答案】氧P

剧烈燃烧，有大量白烟P2O5

两性氧化物先出现白色沉淀，继续滴加，白色沉淀溶解AlCl3+4NaOH==3NaCl+NaAlO2+2H2O

【解析】

【分析】

由位置图可知，A在第二周期，B、C、D处于第三周期，设C的质子数为x，则A的质子数为x-8，B的质子数为x-1，D的质子数为x+1，A、B、C、D四种元素原子核外共有56个电子，则x+（x-8）+（x-1）+（x+1）=56，解得x=16，即A为O，B为P，C为S，D为Cl；1molE单质与足量酸作用，在标准状况下能产生标准状况下33.6LH2，设E的化合价为y，根据电子转移守恒可知ymol=

×2=3mol，E的阳离子与A的阴离子核外电子层结构完全相同，则E为Al，然后利用元素及其单质、化合物的性质来解答。

【详解】

（1）由题可知，元素A名称为氧，元素B符号为P，E原子的最外层含有3个电子，电子式

；

（2）C为硫，简单离子结构示意图为

；

（3）B单质在A单质中燃烧，产生了五氧化二磷，反应现象是剧烈燃烧，有大量白烟，生成物的化学式为P2O5；

（4）A与E形成的化合物为氧化铝，电子式为

，它既能与酸反应，又能与碱反应，性质决定了它在物质的分类中应属于两性氧化物；

（5）向D与E形成的化合物氯化铝的水溶液中滴入烧碱溶液至过量，产生偏铝酸钠，此过程中观察到的现象是先出现白色沉淀，继续滴加，白色沉淀溶解，与过量烧碱反应的化学反应方程式AlCl3+4NaOH=3NaCl+NaAlO2+2H2O。

7．有一无色透明溶液，欲确定是否含有下列离子：

Na＋、Mg2＋、Al3＋、Fe2＋、Ba2＋、NO

、SO

、Cl－、SO32－、HCO

，取该溶液进行以下实验：

①取少量待测液，加入几滴石蕊试液，溶液呈红色。

②取少量待测液，浓缩后加入铜片和浓硫酸，加热，有无色气体产生，此无色气体遇空气变成红棕色。

③取少量待测液，加入BaCl2溶液，有白色沉淀产生。

④取实验③中上层清液滴加AgNO3溶液，有白色沉淀产生，此沉淀不溶于稀硝酸。

⑤另取少量原溶液滴加NaOH溶液，有白色沉淀产生，当NaOH过量时，沉淀部分溶解。

（1）根据以上实验，溶液中肯定存在的离子是_________________；肯定不存在的离子是______________；尚不能确定的离子是_______________。

（2）写出②中有关反应的离子方程式：

________________________________________。

（3）写出⑤中沉淀溶解的离子方程式：

________________________________________。

（4）实验室检验Na＋一般用焰色反应即可确定，此实验做之前要用______清洗铂丝。

【答案】Mg2＋、Al3＋、

、

Fe2＋、Ba2＋、SO32－、

Na＋、Cl－3Cu＋8H＋＋2

===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2OAl（OH）3+OH-===

+2H2O稀盐酸

【解析】

【分析】

无色溶液中，有色离子不能存在，氢氧化铝是两性氢氧化物，能溶于强碱中，白色且不溶于硝酸的白色沉淀是氯化银或硫酸钡，在酸性环境下，能和氢离子反应的离子不能共存，根据离子反应的现象以及离子共存的知识加以分析。

【详解】

因是无色溶液，Fe2+是浅绿色，所以不含Fe2+；

①由于滴加几滴石蕊试液，溶液呈红色，证明溶液显酸性，因此溶液中一定没有SO32-、HCO3-；②待测液浓缩后加入铜片和浓硫酸，加热，有无色气体产生，此无色气体遇空气变成红棕色，说明原溶液中一定含有NO3-；

③取少量待测液，加入BaCl2溶液，有白色沉淀产生，则原溶液中一定含有SO42-，故一定没有Ba2+；

④由于③的上层清液滴中加AgNO3溶液，有白色沉淀产生且不溶于稀硝酸，说明含有Cl-，但由于③中加入了BaCl2溶液，无法证明原溶液中是否存在Cl-；

⑤由于原溶液中加入NaOH溶液有白色沉淀产生，当NaOH过量时，沉淀部分溶解，则含有Al3+、Mg2+；

Na+在水溶液里无色，不会参与上述反应，所以无法判断原溶液中是否存在Na+；

（1）根据以上分析可知，溶液中一定存在的离子有Mg2+、Al3+、NO3-、SO42-；肯定不存在的离子是Fe2+、Ba2+、SO32-、HCO3-；尚不能确定的离子是Na+、Cl-；

答案为：

Mg2+、Al3+、NO3-、SO42-；Fe2+、Ba2+、SO32-、HCO3-；Na+、Cl-；

（2）②中原溶液加入铜片和浓硫酸并加热生成NO，离子方程式为：

3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O；

答案为：

3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O。

（3）⑤中加NaOH溶液，生成的白色沉淀为Mg（OH）2和Al（OH）3，当NaOH过量时，部分溶解的是Al（OH）3，离子方程式为：

Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O；

答案为：

Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O。

（4）溶液里的钠离子是否存在一般用焰色反应来确定，钠离子的焰色反应为黄色，实验之前，为防止杂质的干扰，用稀盐酸先清洗铂丝；

答案为：

稀盐酸。

8．已知X元素原于的核电荷数小于18，最外层电子数等于电子层数，且比最内层电子数多1。

回答下列问题：

（1）X元素的原子结构示意图为__________。

（2）X的最高价氧化物对应的水化物的化学式为___________。

（3）X的单质与NaOH溶液反应的化学方程式为__________。

【答案】

Al（OH）32Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al（OH）4]+3H2↑（或为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑）

【解析】

【分析】

已知X元素原子的核电荷数小于18，最外层电子数等于电子层数，且比最内层电子数多1，则该元素原子核外电子排布为2、8、3，该元素是Al元素，然后结合其原子结构与元素位置的关系及其单质和化合物的性质分析解答。

【详解】

根据上述分析可知X元素的Al元素。

（1）X是Al元素，根据元素原子核外电子排布规律可知：

Al原子核外电子排布为2、8、3，所以Al原子结构示意图为：

；

（2）X是Al，原子核外最外层有3个电子，其最高价氧化物对应的水化物的化学式为Al（OH）3；

（3）Al能够与NaOH溶液发生反应产生Na[Al（OH）4]和H2，反应的化学方程式为2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al（OH）4]+3H2↑（或写为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑）。

【点睛】

本题考查了元素及化合物的推断及元素与化合物的知识