版高考化学难点剖析专题12化工流程中铝化合物的处理讲解.docx

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版高考化学难点剖析专题12化工流程中铝化合物的处理讲解

专题12化工流程中铝化合物的处理

铝及其化合物的考查是高考必考内容，主要考查铝及其化合物的性质，化工流程中考查较多。

一、铝化合物的制备

1、（2018年江苏3化学）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】SO2+OH−

HSO3−FeS2硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中NaAlO2Al（OH）31∶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。

（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。

2、（2018届山东K12联盟高三开年迎春考试）某再回收利用公司对一厨房铁铝合金废旧家具进行回收利用,其流程如下图所示：

请回答下列问题：

（1）流程中加碳酸钠溶液浸泡的目的是_______________;在空气中久置的目的是_________________。

（2）同条件下Na2FeO4溶解度__________K2FeO4溶解度（填“低于”，“高于”，“不确定”）,推测K2FeO4在净水方面的作用_______________。

（至少答两条）

（3）已知K2FeO4水解显碱性。

在洗涤K2FeO4固体时最好选用__________。

A．水B．亚硫酸氢钠溶液C．氢氧化钠溶液D．先氢氧化钠溶液后乙醇

（4）熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl4-和Al2Cl7-形式存在,铝电镀的主要电极反应式为___________________。

（写出一个电极反应即可）

（5）已知氯化铝受热易升华，气态氯化铝的密度为11.92g/L（已转化为标准状况）,则气态氯化铝的分子式为______________________。

（6）氢氧化铝经常用于做药品，有两种溶解方式：

可以溶解为Al3+或[Al（OH）4]-。

已知25℃时氢氧化铝在pH=3和pH=10的两溶液中溶解度均为7.8×10-3g（溶液密度近似为1g/mL），则25℃下氢氧化铝的两种溶解方式的溶度积之比为____________。

【答案】除油污利用空气中的氧气将亚铁氧化为三价铁高于杀菌消毒、吸附悬浮物D7AlCl4+Al-3e=4Al2Cl7或相反Al2Cl61023或10-23

【解析】

（1）铁铝合金废旧家具用碳酸钠溶液浸泡可以除去表面的油脂；铁铝合金粉碎后用盐酸溶解生成氯化铝和氯化亚铁，在空气中久置可以将将亚铁氧化为三价铁，故答案为：

除油污；利用空气中的氧气将亚铁氧化为三价铁；

（3）K2FeO4水解显碱性。

A．用水洗涤，K2FeO4水解，错误；B．K2FeO4中铁为+6价，具有强氧化性，能够与亚硫酸氢钠溶液发生氧化还原反应，错误；C．用氢氧化钠溶液洗涤，可以抑制K2FeO4水解，但会引入新杂质，错误；D．先用氢氧化钠溶液洗涤，可以抑制K2FeO4水解，后乙醇洗涤，除去表面的氢氧化钠，且乙醇易挥发，正确；故选D；

（4）电镀池中镀件金属铝作阳极，金属铝失电子发生氧化反应，Al+7AlCl4-3e-=4Al2Cl7，故答案为：

阳；Al+7AlCl4-3e-=4Al2Cl7；

（5）气态氯化铝的密度为11.92g/L，则气态氯化铝的摩尔质量=11.92g/L×22.4L/mol=267g/mol，分子式为Al2Cl6，故答案为：

Al2Cl6；

（6）假设溶液体积为0.1L，则0.1L溶液中含有氢氧化铝的物质的量=

=1×10-4mol，则pH=10时，c{[Al（OH）4]-}=

=1×10-3mol/L，Al（OH）3+H2O

[Al（OH）4]-+H+，溶度积=c{[Al（OH）4]-}c（H+）=1×10-3×1×10-10=1×10-13，pH=3时，c（Al3+）=1×10-3mol/L，Al（OH）3

Al3++3OH-，溶度积=c（Al3+）c3（OH-）=1×10-3×（1×10-11）3=1×10-36，则25℃下氢氧化铝的两种溶解方式的溶度积之比为

=1023，故答案为：

1023。

3、（安徽省江南十校2018届高三冲刺二模）盐酸法是在一定温度下盐酸与铝土矿、高岭土或粉煤灰等固体中的活性Al2O3发生反应制备Al2O3的工艺。

氯化铝溶液可通过蒸发结晶生成结晶氯化铝，进而焙烧得到氧化铝；也可利用氯化铝在酸溶液中的溶解度随着盐酸浓度的升高而急剧降低的特点，生成氯化铝晶体，从而焙烧得到氧化铝。

图1是我国某公司研发的具有自主知识产权的“一步酸溶法”工艺流程。

回答下列问题:

（1）“氯化铝在酸溶液中的溶解度随着盐酸浓度的升高而急剧降低”的原因是________________________________________________________（结合必要的化学方程式说明）。

（2）精制液蒸发结晶后分离出纯净结晶氯化铝的操作名称是_______,用_____洗涤。

（3）写出结晶氯化铝（AlCl3·6H2O）焙烧的化学方程式:

_____________________________。

（4）工业上冶炼金属铝的方法是电解熔融的_______（填化学式），电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是___________________________。

（5）铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。

在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备,其主要原因是_______________________________________。

【答案】AlCl3溶液中存在水解平衡AlCl3+3H2O

Al（OH）3+3HCl，及结晶溶解平衡AlCl3（s）

Al3+（aq）+3Cl-（aq），盐酸浓度越大，两平衡都向左移动，AlCl3溶解度越小过滤浓盐酸2（AlCl3·6H2O）

Al2O3+6HCl+9H2OAl2O3石墨电极被阳极上产生的O2氧化NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜

（2）固液分离采用过滤操作，因此精制液蒸发结晶后分离出纯净结晶氯化铝的操作是过滤；由于氯化铝溶液水解显酸性，浓盐酸能抑制其水解，洗涤时减小氯化铝晶体的损失；正确答案：

过滤；浓盐酸。

（3）氯化铝（AlCl3·6H2O）加热后水解生成氢氧化铝，氢氧化铝灼烧后生成氧化铝，化学方程式：

2（AlCl3·6H2O）

Al2O3+6HCl+9H2O；正确答案：

2（AlCl3·6H2O）

Al2O3+6HCl+9H2O。

（4）金属铝活泼性较强，工业上用电解熔融的氧化铝得到金属铝，阳极发生极反应为：

2O2—-4e-=O2↑，反应生成的氧气与石墨（主成分为碳）电极发生反应生成二氧化碳，造成阳极的石墨被消耗；正确答案：

Al2O3；石墨电极被阳极上产生的O2氧化。

（5）铝表面有氧化膜（Al2O3），NH4Cl分解产生的HCl能够与Al2O3反应，Al表面的Al2O3薄膜被反应掉，有利于铝粉与氮气反应生成AlN；正确答案：

NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜。

二、化工流程中杂质铝的除去

杂质铝主要以Al（OH）3的形式沉淀，考查内容是调节溶液的pH范围。

4、（2018届吉林市普通中学高中毕业班第三次调研测试）以冶炼金属铝的废弃物铝灰为原料制取超细

-氧化铝，既能降低环境污染又可提高铝资源的利用率。

已知铝灰的主要成分为A12O3（含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3），其制备流程如下：

（1）用上图中“滤渣”和NaOH焙烧制备硅酸钠，可采用的装置为____（填选项编号）。

（2）流程中加入H2O2有气体产生，原因是_______________________________。

（3）通过调节溶液的pH来“沉铁”，得到Fe（OH）3。

己知：

为保证产品的纯度，可以选用下列物质中的_______调节溶液pH（填字母），调节pH的范围为_______________。

a．A12O3b．NaOHc．Al（OH）3d．Na2CO3

（4）煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为：

4[NH4Al（SO4）2·12H2O]

2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O，

将产生的气体通过下图所示的装置：

①集气瓶中收集到的气体是_____________________（填化学式）；

②装有KMnO4溶液洗气瓶的作用是__________________________________；

③选用一种常用化学试剂和稀硝酸检验硫酸铝铵，该试剂是______________。

【答案】BFe3+对H2O2的分解有催化作用ac3.2≤pH＜3.7N2吸收SO2Ba（OH）2（溶液）

【解析】

（1）能够焙烧固体的装置是坩埚，NaOH能和二氧化硅反应生成硅酸钠，所以不能采用瓷坩埚灼烧，所以应该采用铁坩埚，故选B

（2）在实验流程中，H2O2具有氧化性，能氧化亚铁离子生成铁离子，离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，而Fe3+对H2O2的分解有催化作用。

（4）①因为4[NH4Al（SO4）2·12H2O]

2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O，NH3N2SO3SO2混合气体通入饱和亚硫酸钠溶液，NH3SO3被吸收，剩余N2SO2在通入酸性高锰酸钾溶液，SO2被吸收，剩余N2,所以集气瓶中收集到的气体是N2。

②装有KMnO4溶液洗气瓶的作用是吸收SO2气体。

③选用一种常用化学试剂和稀硝酸检验硫酸铝铵，鉴别硫酸根用Ba2=,鉴别NH4+用OH-,所以该试剂是Ba（OH）2（溶液）。

答案：

Ba（OH）2（溶液）。

5、（2018年宁德市普通高中毕业班5月理综）FeFe2O3纳米线是一种新型铁基材料，在催化、生物医药、环境科学等领域具有广阔应用前景。

某研究小组以赤泥（铝土矿提取氧化铝过程中产生的固体废弃物，含SiO2、Fe2O3、Al2O3）为原料，设计下列流程制备FeFe2O3纳米线并探究其在水处理中的应用。

回答下列问题：

（1）“浸出”实验中，盐酸起始浓度对铁、铝浸出率的影响如图所示：

①盐酸的合适浓度为______________。

②盐酸起始浓度为2mol·L﹣1时，铁的浸出率很低，原因是______________。

（2）已知：

25℃时，Al（OH）3（s）

AlO2－+H++H2OK=4×10－13。

若浸出液c（Al3+）=0.04mol·L－1，“调节pH”时，pH最小应为______________（设调节pH过程中溶液体积不变）。

（3）FeFe2O3纳米线为壳层结构（核是Fe、壳是Fe2O3），壳是由中心铁核在合成过程中被氧化而形成。

①“合成”时滴加NaBH4溶液过程中伴有气泡产生，滤液Ⅱ中含B（OH）3，合成铁核的离子方程式为____________________________。

②“合成”后，经过滤、______________、______________获得FeFe2O3纳米线。

（4）FeFe2O3纳米线去除水体中Cr2O72－的机理是，纳米线将Cr2O72－吸附在表面并还原。

在“无氧”和“有氧”条件下将纳米线分别置于两份相同的水体中，80min后回收该纳米线，测得其表面元素的原子个数比如下表：

①在水体中FeFe2O3纳米线形成的分散系是____________________________。

②样本2的实验条件是______________（填“有氧”或“无氧”）。

③已知水体中检测不到Cr（Ⅲ），样本1中FeFe2O3纳米线的表面Cr（Ⅵ）的去除率为________________。

【答案】6mol·L－1盐酸起始浓度为2mol·L－1时，Fe3+发生了水解119H2O+4Fe3++3BH4－=4Fe+6H2↑+3B（OH）3+9H+洗涤烘干胶体有氧46.8%

②“合成”后，经过滤、洗涤、烘干获得FeFe2O3纳米线；（4）①在水体中FeFe2O3纳米线形成的分散系是胶体；②由表中数据可知，Fe:

O:

Cr=5.2:

16.7:

1，设Cr为1mol，则根据Cr2O72－可知含氧3.5mol，剩余的氧为16.7-3.5=13.2mol，若均为氧化铁中的氧，则含铁

，但题给铁为5.2mol，故不符合，则应该有部分氧不是氧化铁中的，则样本2的实验条件是有氧；③已知水体中检测不到Cr（Ⅲ），根据数据中铬元素的含量，样本1中FeFe2O3纳米线的表面Cr（Ⅵ）的去除率为

。

6、（2018届辽宁省部分重点中学协作体高三模拟考试）用方铅矿精矿（ 主要为PbS）和软锰矿（主要为MnO2,还有少量Fe2O3，Al2O3等杂质） 制备PbSO4和Mn3O4的工艺流程如下：

已知：

①PbS+MnO2+ 4 H+= Mn2++Pb2++S+2H2O

②25℃ 时，Ksp（PbCl2）=1.6×10-5，Ksp（PbSO4）=1.8×10-8

③PbCl2 （s）+2Cl-（aq）

PbCl42-（aq） △H>0

（1）80℃用盐酸处理两种矿石，为加快酸浸速率，还可采用的方法是_______________（任写一种）。

（2）向酸浸液中加入饱和食盐水的目的是_________________；加入物质X可用于调节酸浸液的pH值，物质X可以是___________（填字母）。

A．MnCO3B．NaOHC．ZnOD．PbO

（3）滤渣中含有两种金属杂质形成的化合物，其成分为_____________（写化学式）;

请设计分离两种金属化合物的路线图（用化学式表示物质，用箭头表示转化关系，箭头上注明试剂和分离方法）。

______________________________________

（4）向滤液2中通入NH3和O2发生反应，写出总反应的离子方程式。

_______________________

（5）用Mn3O4为原料可以获得金属锰，选择合适的冶炼方法为___________ （填字母）。

A．热还原法B．电解法C．热分解法

（6）求25℃氯化铅沉淀转化为硫酸铅沉淀反应的平衡常数K=___________（保留到整数位）。

【答案】粉碎矿石或搅拌或适当增加盐酸浓度增大PbCl2的溶解度ADAl（OH）3、Fe （OH）3

6Mn2++12NH3+6H2O+O2=2Mn3O4+12NH4+A889

【解析】

（1）80℃用盐酸处理两种矿石，为加快酸浸速率，还可采用的方法是粉碎矿石或搅拌或适当增加盐酸浓度；

（2）由于PbCl2 （s）+2Cl-（aq）

PbCl42-（aq） ，向酸浸液中加入饱和食盐水，溶液中氯离子浓度较大，可使平衡正向移动，增大PbCl2的溶解度；加入物质X可用于调节酸浸液的pH值，选项中各物质均能消耗氢离子起调节pH，但选用氢氧化钠溶液会溶解氢氧化铝，产生干扰离子偏铝酸根离子，选用氧化锌会引入新杂质，故物质X可以是AD；（3）根据软锰矿中还有少量Fe2O3，Al2O3等杂质，制备过程中必须除杂，故滤渣中含有两种金属杂质形成的化合物的成分为Al（OH）3、Fe （OH）3；分离两种金属化合物可利用氢氧化铝为两性氢氧化物利用强碱溶解后过滤，再利用二氧化碳将偏铝酸盐处理得到氢氧化铝，流程如下：

；（4）向滤液2中通入NH3和O2发生反应生成Mn3O4，总反应的离子方程式为6Mn2++12NH3+6H2O+O2=2Mn3O4+12NH4+；（5）根据金属活动顺序，用Mn3O4为原料可以获得金属锰，选择合适的冶炼方法为热还原法，答案选A；（6）求25℃氯化铅沉淀转化为硫酸铅沉淀反应PbCl2 （s）+SO42-（aq）

2Cl-（aq） +PbSO4（s）的平衡常数K=

=

。

7、（2018届湖南省怀化市高三上学期期末教育质量监测）软锰矿的主要成分是MnO2，还含有少量金属铁、镁、铝、锌、铜的化合物等杂质。

黄铁矿的主要成分是FeS2，还含有硅、铝的氧化物等杂质。

工业上用软锰矿制备碳酸锰并回收硫酸铵，其主要流程如下：

已知金属离子从开始形成氢氧化物沉淀，到沉淀时溶液的pH如下表：

金属离子

Fe2+

Fe3+

Al3+

Cu2+

Mn2+

开始沉淀pH

7.5

2.7

4.1

5.9

8.8

完全沉淀pH

9.5

3.7

5.4

6.9

10.8

（1）提高浸出率的可采取的措施有____。

a.适当升高温度 b.搅拌 c.加适量纯碱 d.加压

（2）浸取完成后，取浸取液少许，加入KSCN溶液无明显现象，则浸取时发生的主要反应的化学方程式是__________________________。

（3）调节pH为5.4～5.8的目的是______________。

（4）滤渣3的主要成分的化学式是_______。

（5）采用50℃碳化的原因是_________________________________。

该过程发生反应的离子方程式是__________________。

（6）检验碳酸锰产品完全洗净的方法是_______________________________。

【答案】abMnO2+FeS2+2H2SO4

MnSO4+FeSO4+2S+2H2O使Fe3+、Al3+完全沉淀Cu（OH）2温度过低反应太慢，过高，NH4HCO3会分解2HCO3−+Mn2+

MnCO3↓+H2O+CO2↑取最后一次洗涤液，加入盐酸酸化的BaCl2溶液，若无沉淀，则已洗净

（1）为了提高锰元素的浸出率，在“浸取”时可采取的措施有：

①适当升高温度；②搅拌；③加入足量硫酸增大硫酸浓度或粉粹矿石或延长浸泡时间，故选ab；

（2）浸取完成后，取浸取液少许，加入KSCN溶液无明显现象，说明溶液中没有铁离子，则浸取时发生的主要反应的化学方程式为MnO2+FeS2+2H2SO4=MnSO4+FeSO4+2S+2H2O，故答案为：

MnO2+FeS2+2H2SO4=MnSO4+FeSO4+2S+2H2O；

（6）根据流程图，碳酸锰上吸附有少量硫酸铵，检验碳酸锰产品是否洗净只需要检验硫酸根离子即可，故答案为：

取最后一次洗涤液，加入盐酸酸化的BaCl2溶液，若无沉淀，则已洗净。

8、（2018届山东省潍坊市昌乐县第二中学高三下学期一模拉练）CoCl2•6H2O是一种饲料营养强化剂。

可由水钴矿[主要成分为Co2O3、Co（OH）3，还含有少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取，其工艺流程如下：

已知：

①浸出液中含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等．

②流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表．

沉淀物

Fe（OH）3

Fe（OH）2

Co（OH）2

Al（OH）3

Mn（OH）2

开始沉淀

2.7

7.6

7.6

4.0

7.7

完全沉淀

3.7

9.6

9.2

5.2

9.8

③CoCl2•6H2O熔点为86℃，加热至110﹣120℃时，失去结晶水生成CoCl2．

回答下列问题：

（1）浸出水钴矿过程中，Fe2O3发生反应的化学方程式为________________________。

（2）向浸出液中加入适量NaClO3目的是______________________________________。

（3）“加Na2CO3调pH至a”，a=______；过滤所得沉淀的主要成分为_________（填化学式）。

（4）萃取剂对金属离子的萃取与溶液pH的关系如下图所示，向“滤液”中加入该萃取剂的目的是__________，使用该萃取剂的最佳pH范围是_____（填选项字母）

A．5.0﹣5.5B．4.0﹣4.5C．3.0﹣3.5D．2.0﹣2.5

（5）实验操作“操作1”为_______________、_________、过滤和减压烘干；制得的CoCl2•6H2O在烘干时需减压烘干的原因是________________________。

【答案】Fe2O3+Na2SO3+4HCl=2FeCl2+Na2SO4+2H2O将Fe2+氧化为Fe3+，易于除去铁元素5.2Fe（OH）3、Al（OH）3除去溶液中的Mn2+C；蒸发浓缩冷却结晶降低烘干温度，防止产品分解

【解析】含钴废料中加入盐酸和亚硫酸钠，Co2O3、Co（OH）3、Fe2O3、Al2O3、MnO和稀盐酸反应生成可溶性的CoCl2、AlCl3、FeCl2、MnCl2、NaCl，然后向溶液中加入氯酸钠，可得到FeCl3，然后加入Na2CO3调pH至5.2，可得到Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，然后过滤，向滤液中加入萃取剂，将锰离子萃取，调节溶液PH在3.0—3.5之间，可使Mn2+完全沉淀，并防止Co2+转化为Co（OH）2沉淀，萃取后的溶液中主要含有CoCl2，为得到CoCl2•6H2O晶体，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶而得到粗产品。

（1）浸出水钴矿过程中，Fe2O3发生反应的化学方程式为Fe2O3+Na2SO3+4HCl=2FeCl2+Na2SO4+2H2O；

（2）向浸出液中加入适量NaClO3目的是将Fe2+氧化为Fe3+，易于除去铁元素；（3）“加Na2CO3调pH至a”，a=5.2，保证铝离子沉淀完全，铝离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铝和二氧化碳，水解的离子方程式为：

2Al3++3CO32-+3H2O=2Al（OH）3↓+3CO2↑；铁离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铁和二氧化碳，水解的离子方程式为：

2Fe3++3CO32-+