高考化学一轮必刷好题专题15化工流程中铝的化合物的转化含答案.docx

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高考化学一轮必刷好题专题15化工流程中铝的化合物的转化含答案

2020年高考化学一轮必刷好题专题15：

化工流程中铝的化合物的转化

1.（2019全国Ⅲ卷）高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。

回答下列问题：

相关金属离子[c0（Mn+）=0.1mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子

Mn2+

Fe2+

Fe3+

Al3+

Mg2+

Zn2+

Ni2+

开始沉淀的pH

8.1

6.3

1.5

3.4

8.9

6.2

6.9

沉淀完全的pH

10.1

8.3

2.8

4.7

10.9

8.2

8.9

（1）“滤渣1”含有S和__________________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式____________________________________________________。

（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是将________________________。

（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______~6之间。

（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是______________。

（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。

若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是_____________________________________________________________________。

（6）写出“沉锰”的离子方程式___________________________________________________。

（7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。

当x=y=

时，z=___________。

【答案】

（1）.SiO2（不溶性硅酸盐）

（2）.MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O（3）.将Fe2+氧化为Fe3+（4）.4.7（5）.NiS和ZnS（6）.F−与H+结合形成弱电解质HF，MgF2

Mg2++2F−平衡向右移动（7）.Mn2++2

=MnCO3↓+CO2↑+H2O（8）.

【解析】

（1）Si元素以SiO2或不溶性硅盐存在，SiO2与硫酸不反应，所以滤渣I中除了S还有SiO2；在硫酸的溶浸过程中，二氧化锰和硫化锰发生了氧化还原反应，二氧化锰作氧化剂，硫化锰作还原剂，方程式为：

MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O；

（2）二氧化锰作为氧化剂，使得MnS反应完全，且将溶液中Fe2+氧化为Fe3+；

（3）由表中数据知pH在4.7时，Fe3+和Al3+沉淀完全，所以应该控制pH在4.7~6之间；

（4）根据题干信息，加入Na2S除杂为了出去锌离子和镍离子，所以滤渣3是生成的沉淀ZnS和NiS；

（5）由HF

H++F-知，酸度过大，F-浓度减低，使得MgF2

Mg2++2F-平衡向沉淀溶解方向移动，Mg2+沉淀不完全；

（6）根据题干信息沉锰的过程是生成了MnCO3沉淀，所以反应离子方程式为：

Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O；

（7）根据化合物中各元素化合价代数和为0的规律得：

1+2x+3y+4z=6，已知，x=y=1/3，带入计算得：

z=1/3

2.（2018江苏）以高硫铝土矿（主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐）为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：

（1）焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为______________________。

（2）添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如题16图所示。

已知：

多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃

硫去除率=（1—

）×100%

①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于__________________。

②700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是______________________________________________________。

（3）向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由_______________（填化学式）转化为_______________（填化学式）。

（4）“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。

Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n（FeS2）∶n（Fe2O3）=__________________。

【答案】（12分）

（1）SO2+OH−

HSO3−

（2）①FeS2

②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中

（3）NaAlO2Al（OH）3

（4）1∶16

【解析】

（1）过量SO2与NaOH反应生成NaHSO3和H2O，反应的化学方程式为SO2+NaOH=NaHSO3，离子方程式为SO2+OH-=HSO3-。

（2）①根据题给已知，多数金属硫酸盐的分解温度高于600℃，不添加CaO的矿粉低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于FeS2。

②添加CaO，CaO起固硫作用，添加CaO发生的反应为2CaO+2SO2+O2=2CaSO4，根据硫去除率的含义，700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低的原因是：

硫元素转化为CaSO4留在矿粉中。

（3）“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的NaAlO2、Na2SiO3，向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，CO2与NaAlO2反应生成NaHCO3和Al（OH）3，反应的离子方程式为CO2+AlO2-+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-，即Al元素存在的形式由NaAlO2转化为Al（OH）3。

（4）Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，反应的化学方程式为FeS2+16Fe2O3

11Fe3O4+2SO2↑，理论上完全反应消耗的n（FeS2）：

n（Fe2O3）=1:

16。

锁定考点

基础练习

1．铝是一种轻金属，被称为金属界的“万金油”，应用范围极为广阔。

含铝的化合物如氧化铝、氢氧化铝等在工业上用途十分广泛。

完成下列填空：

（1）铝是活泼金属，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约5nm的致密氧化膜，写出除去氧化膜的一种方法____________________（用方程式表示）。

（2）氢氧化铝是用量最大、应用最广的无机阻燃添加剂，解释氢氧化铝能做阻燃剂的原因_____________________（用方程式说明）；写出Al（OH）3的电离方程式________________。

（3）明矾（KAl（SO4）2·12H2O）的水溶液呈_______性（选填“酸”、“碱”或“中”），溶液中离子浓度大小顺序为_____________________。

将明矾溶液与小苏打溶液混合会产生白色沉淀和气体，请用平衡移动原理解释该现象。

_______________________________________

（4）碳热还原氯化法从铝土矿中炼铝具有步骤简单、原料利用率高等优点，其原理如下：

Ⅰ．Al2O3（s）+AlCl3（g）+3C（s）

3AlCl（g）+3CO（g）–1486kJ

Ⅱ．3AlCl（g）

2Al（l）+AlCl3（g）+140kJ

①写出反应Ⅰ的化学平衡常数表达式K=_____________，升高温度，K_______（填增大、减小、不变）。

②写出反应Ⅱ达到平衡状态的一个标志_________________________________；

结合反应Ⅰ、Ⅱ进行分析，AlCl3在炼铝过程中的作用可以看作______________。

③将1mol氧化铝与3mol焦炭的混合物加入2L反应容器中，加入2molAlCl3气体，在高温下发生反应Ⅰ。

若5min后气体总质量增加了27.6g，则AlCl的化学反应速率为_________mol/（L·min）。

【答案】Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O或Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O2Al（OH）3

Al2O3+3H2OAl3++3OH-

Al（OH）3

H++AlO2-+H2O酸c（SO42-）＞c（K+）＞c（Al3+）＞c（H+）＞c（OH-）铝离子水解呈酸性，Al3++H2O

Al（OH）3+3H+，碳酸氢根水解呈碱性HCO3-+H2O

H2CO3+OH-，两者水解相互促进，平衡向右进行，因此出现沉淀与气体

增大压强不变（合理即可）催化剂0.06

【解析】

（1）氧化铝属于两性氧化物，可以用盐酸，也可以用氢氧化钠除去铝片表面的氧化膜，反应方程式为Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O或Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O，故答案为：

Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O或Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O；

（2）氢氧化铝受热分解吸热，同时生成的氧化铝熔点高，覆盖在可燃物表面，起到阻燃作用，氢氧化铝分解的方程式为2Al（OH）3

Al2O3+3H2O，氢氧化铝是两性氢氧化物，电离方程式为Al3++3OH-

Al（OH）3

H++AlO2-+H2O，故答案为：

2Al（OH）3

Al2O3+3H2O；Al3++3OH-

Al（OH）3

H++AlO2-+H2O；

（3）明矾（KAl（SO4）2·12H2O）属于强酸弱碱盐，铝离子水解，溶液呈酸性，溶液中离子浓度大小顺序为c（SO42-）＞c（K+）＞c（Al3+）＞c（H+）＞c（OH-）。

将明矾溶液与小苏打溶液混合会产生白色沉淀和气体，是因为铝离子水解呈酸性，Al3++H2O

Al（OH）3+3H+，碳酸氢根水解呈碱性HCO3-+H2O

H2CO3+OH-，两者水解相互促进，平衡向右进行，因此出现沉淀与气体，故答案为：

酸；c（SO42-）＞c（K+）＞c（Al3+）＞c（H+）＞c（OH-）；铝离子水解呈酸性，Al3++H2O

Al（OH）3+3H+，碳酸氢根水解呈碱性HCO3-+H2O

H2CO3+OH-，两者水解相互促进，平衡向右进行，因此出现沉淀与气体；

（4）①反应Ⅰ.Al2O3（s）+AlCl3（g）+3C（s）

3AlCl（g）+3CO（g）–1486kJ的化学平衡常数表达式K=

，该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，K增大，故答案为：

；增大；

②反应Ⅱ达到平衡状态时，各种气体的物质的量浓度不变，气体的压强不变等；反应Ⅰ+反应Ⅱ得：

Al2O3（s）+3C（s）

3CO（g）+2Al（l）–1346kJ，说明AlCl3在炼铝过程中是催化剂，故答案为：

压强不变（合理答案均可）；催化剂；

③设生成的AlCl的物质的量为x，

Al2O3（s）+AlCl3（g）+3C（s）

3AlCl（g）+3CO（g）气体质量的增加量

3mol138g

X27.6g

则

=

，解得：

x=0.6mol，则AlCl的化学反应速率=

=0.06mol/（L·min），故答案为：

0.06。

2．NH4Al（SO4）2·12H2O（铵明矾）可用作泡沫灭火器的内留剂、石油脱色剂等。

某兴趣小组同学用氧化铁、铝粉、镁条和氯酸钾等物质做铝热反应后的铝灰及硫酸铵等为原料制备铵明矾的实验，步骤如下：

（1）下列有关说法中正确的是_________。

A．“滤液1”中含有K+、Mg2+、Cl-

B．“滤渣1”和“滤渣2”中含有相同的物质

C．“过滤1”可用倾析法，以缩减实验时间

D．将“滤液3”蒸干并灼烧，可得纯碱

（2）用NaOH溶解“滤渣1”时，可以采用_________的方式提高浸出率（写出3条）。

（3）向“滤液2”中通入足量的CO2，写出相应的离子反应方程式__________________。

（4）由“滤渣3”制备铵明矾，经过如下步骤：

a→g→_________→h（依次填入正确的序号）

a．加硫酸溶解b．抽滤

c．加入蒸发皿中

d．降温结晶

e．蒸发至表面出现晶膜

f．配制饱和硫酸铵溶液

g．将硫酸铝溶液转移至蒸发皿

h．洗涤、干燥

（5）①根据各物质的溶解度曲线（见下图），在80℃时，用一定浓度的硫酸溶解“滤渣3”时，最适宜的硫酸浓度为_________。

A．3mol/L（1.20g/mL）

B．6mol/L（1.34g/mL）

C．9mol/L（1.49g/mL）

D．18mol/L（1.84g/mL）

②所需硫酸用量的简便确定方法是__________________。

【答案】BD加热、提高NaOH浓度、搅拌等AlO2-+CO2+2H2O＝Al（OH）3↓+HCO3-OH-+CO2＝HCO3-f→c→e→d→bA逐滴加入（3mo1·L-1）硫酸，并不断搅拌，至沉淀恰好完全溶解

【解析】

（1）A.“滤液1”中主要含有氯酸钾，故含有K+、ClO3-，故A错误；

B.“滤渣1”中含有氧化铁、铝粉、镁条，“滤渣2”中含有氧化铁、镁条，含有相同的物质为氧化铁、镁条，故B正确；

C.倾析法可以将颗粒较大的固体与溶液分离，滤渣1中含有铝粉，颗粒较小，不能使用倾析法，故C错误；

D.“滤液3”中主要含有碳酸氢钠，碳酸氢钠蒸干并灼烧，受热分解生成纯碱，故D正确。

故答案为：

BD。

（2）用NaOH溶解“滤渣1”时，可采用加热、提高NaOH浓度、搅拌等方式提高浸出率，故答案为：

加热、提高NaOH浓度、搅拌等。

（3）向“滤液2”中通入足量的CO2，偏铝酸钠与CO2反应生成氢氧化铝和碳酸氢钠，氢氧化钠与足量的CO2反应生成碳酸氢钠，离子方程式为：

AlO2-+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-OH-+CO2=HCO3-，故答案为：

AlO2-+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-OH-+CO2=HCO3-。

（4）由“滤渣3”中主要含有氢氧化铝，先加硫酸溶解，氢氧化铝与硫酸反应生成硫酸铝和水，将硫酸铝溶液转移至蒸发皿中，配制饱和硫酸铵溶液，加入蒸发皿中，蒸发至表面出现晶膜，降温结晶，抽滤，得到铵明矾，洗涤、干燥。

所以制备铵明矾的步骤为：

a→g→f→c→e→d→b→h，故答案为：

f→c→e→d→b。

（5）①由图可知，80℃时Al2（SO4）3·18H2O的溶解度约为70g，则100g水中可溶解70g晶体，则n[Al2（SO4）3·18H2O]=70g/666g/mol≈0.1mol，n（H2SO4）=n（SO42-）=0.1mol×3=0.3mol，若H2SO4溶解Al2O3后溶液的体积变化忽略不计，则c（H2SO4）=0.3mol/0.1L=3mol/L，故答案为：

A。

②用3mol/L的H2SO4溶解Al2O3后，得到的溶液接近Al2（SO4）3·18H2O的饱和溶液，有利于铵明矾的制备（可减少蒸发水的量），故答案为：

逐滴加入（3mo1·L-1）硫酸，并不断搅拌，至沉淀恰好完全溶解。

3．工业上利用氧化铝基废催化剂（主要成分为Al2O3，还含有少量Pd）回收Al2（SO4）3及Pd的流程如下：

（1）Al2（SO4）3溶液蒸干灼烧后所得物质的化学名称是___________。

（2）焙烧时Al2O3与（NH4）2SO4反应的化学方程式为___________。

水浸与中和步骤得到溶液的操作方法是___________。

（3）浸液Y中含Pd元素的溶质是___________（填化学式）。

（4）“热还原”中每生成1molPd生成的气体的物质的量为___________（已知热还原得到的固体只有Pd）。

（5）Pd是优良的储氢金属，其储氢原理为2Pd（s）+xH2（g）==2PdHx（s），其中x的最大值为0.8。

已知：

Pd的密度为12g·cm-3，则10.6cm3Pd能储存标准状况下H2的最大体积为___________L。

（6）铝的阳极氧化法是将铝作为阳极，置于硫酸等电解液中，加入α-羟基丙酸、丙三醇后进行电解，可观察到铝的表面会形成一层致密的氧化膜。

①写出电解时阳极的电极反应式：

______________________。

②电解过程中α-羟基丙酸、丙三醇的作用可能是______________________。

【答案】硫酸铝3（NH4）2SO4+Al2O3高温Al2（SO4）3+6NH3↑+3H2O↑过滤H2PdCl68mol10.7522Al+3H2O-6e-==Al2O3+6H+抑制氧化膜的溶解（或使形成的氧化膜更致密等其他合理答案）

【解析】

（1）Al2（SO4）3溶液中水解生成氢氧化铝和硫酸，加热蒸发，硫酸是难挥发性酸，蒸出的为水，得到硫酸铝固体；

答案：

硫酸铝

（2）从流程中得知，反应物为（NH4）2SO4和Al2O3，生成物包括NH3和Al2（SO4）3，不难推出还有另一个生成物水，注意条件高温不要漏了；水浸后分离出滤渣和溶液，所以操作为过滤；

答案：

3（NH4）2SO4+Al2O3

Al2（SO4）3+6NH3↑+3H2O↑过滤

（3）氨气中和后生成滤液（NH4）2SO4，所以往前推理Y中含Pd的溶质为H2PdCl6；

答案：

H2PdCl6

（4）（NH4）2PtCl6+2H2

Pt+2NH3↑+6HCl↑，热还原得Pd，生成1molPd，则还有2mol氨气和6molHCl，故气体物质的量为8mol；

答案：

8mol

（5）本题利用化学计量知识计算，m＝ρV，n＝m/M，得n（Pd）=1.2mol，x最大值为0.8，则令x＝0.8，参与反应氢气为0.48mol，故标准状况下气体体积为10.752L。

答案：

10.752

（6）①阳极反应方程式为铝失去电子，生成氧化膜氧化铝，反应式为2Al+3H2O-6e-==Al2O3+6H+；

答案：

2Al+3H2O-6e-==Al2O3+6H+

②因为实验目的是观察氧化膜的形成，所以添加物的目的要从保持氧化膜的角度考虑即可，答案可以是抑制氧化膜的溶解（或使形成的氧化膜更致密等其他合理答案）；

答案：

抑制氧化膜的溶解（或使形成的氧化膜更致密等其他合理答案）。

4．我国自主研制的C919大型客机的机身大量采用第三代铝锂合金减重并提高刚度。

某铝锂合金成分（质量百分比）如下（Bal指剩余的百分含量）：

成分

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Zn

Ti

Li

Al

含量

0.08

0.1

2.9～3.5

0.5

0.25～0.8

0.25

0.1

0.8～1.1

Bal

为了使合金具有高耐腐性能，通常先用酸腐蚀除去铝锂合金表面的氧化层，再进行氧化处理，并进行适当封闭，以提高合金表面耐腐蚀性能。

仔细阅读上述信息，回答下列问题：

（1）铝锂合金可用于制造飞机，铝锂合金材料的主要特点是_________________________。

（2）铝元素原子核外有_____种不同运动状态的电子，最外层电子排布式为___________。

（3）碱腐蚀工艺采用40～60g/L的NaOH溶液，在40～55℃下处理0.5～2min时间。

写出碱腐蚀主要反应的化学方程式_____________________________（写一个即可）。

（4）镁与铝也是构成轻合金的两种常见金属，请从原子结构角度分析比较它们金属性的强弱_____________

（5）向镁铝合金滴入盐酸至恰好全部溶解，再逐渐滴入氢氧化钠溶液至过量，在滴氢氧化钠过程中观察到的现象有：

______________________________________；写出其现象中的一个离子方程式_________________。

【答案】轻、坚固（或硬）133s23p12NaOH+Al2O3=2NaAlO2+H2O镁与铝元素原子电子层数相同，镁原子核电荷数少、半径大、更易失去电子，所以镁的金属性强于铝先产生白色沉淀，后沉淀部分溶解；

，

或

（任写一个）

【解析】

（1）第三代铝锂合金减重并提高刚度，其特点是轻、坚固（或硬），

故答案为：

轻、坚固（或硬）；

（2）Al为13号元素，核外电子数等于质子数，为13，所以有13种不同运动状态的电子，最外层为M层，有三个电子，其电子排布式为3s23p1，

故答案为：

13；3s23p1；

（3）碱可溶解氧化铝，其化学方程式为：

2NaOH+Al2O3=2NaAlO2+H2O，

故答案为：

2NaOH+Al2O3=2NaAlO2+H2O；

（4）铝与镁均处于第三周期，镁元素镁原子核电荷数少、半径大、更易失去电子，所以镁的金属性强于铝，

故答案为：

镁与铝元素原子电子层数相同，镁原子核电荷数少、半径大、更易失去电子，所以镁的金属性强于铝；

（5）向镁铝合金滴入盐酸至恰好全部溶解，生成氯化铝和氯化镁，滴加氢氧化钠时，均生成氢氧化物而沉淀下来，相应的离子方程式为：

和

，继续滴加氢氧化钠后，因氢氧化铝会与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与水，其离子方程式为：

，而氢氧化镁不反应，所以沉淀部分溶解，

故答案为：

先产生白色沉淀，后沉淀部分溶解；

，

或

（任写一个）。

5．磷酸亚铁锂（LiFePO4）电池是新能源汽车的动力电池之一。

一种回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片（主要成分LiFePO4、炭黑和铝箔）中金属的流程如下：

（1）步骤①中“碱溶”反应的化学方程式为_____。

（2）步骤②中反应的离子方程式为_____。

若用H2O2代替HNO3，其优点是_____。

（3）步骤③沉淀的主要成分是_____。

（4）步骤④中生成含Li沉淀_____（填“能”或“不能”）用硫酸钠代替碳酸钠，原因是_____。

【答案】2Al+2NaOH+6H2O＝3H2↑+2Na[Al（OH）4]3LiFePO4+NO3﹣+13H+＝3Li++3Fe3++3H3PO4+NO↑+2H2O不产生氮氧化物大气污染物Fe（OH）3不能硫酸锂易溶于水，不能形成含锂沉淀　。

【解析】

（1）步骤①中“碱溶”反应的化学方程式为2Al+2NaOH+6H2O＝3H2↑+2Na[Al（OH）4]；

答案：

2Al+2NaOH+6H2O＝3H2↑+2Na[Al（OH）4]。

（2）步骤②中反应的离子方程式为3LiFePO4+NO3﹣+13H+＝3Li++3Fe3++3H3PO4+NO↑+2H2O，若用H2O2代替HNO3，由于双氧水的还原产物是水，因此其优点是不产生氮氧化物大气污染物；

答案：

3LiFePO4+NO3﹣+13H+＝3Li++3Fe3++3H3PO4+NO↑+2H2O；不产生氮氧化物大气污染物。

（3）由以上分析可知步骤③沉淀的主要成分是Fe（OH）3；

答案：

Fe（OH）3。

（4）硫酸锂易溶于水，不能用硫酸钠代替碳酸钠；

答案：

不能；硫酸锂易溶于水，不能形成含锂沉淀。