Question

19．鋁是地殼中含量最高的金屬元素，其單質及化合物在生產生活中有廣泛的應用．
（1）普通水泥的主要成分之一是鋁酸三鈣（3CaO•Al₂O₃），3CaO•Al₂O₃中Al的化合價為+3；
（2）氯化鋁廣泛用于有機合成和石油工業的催化劑．將鋁土礦粉（Al₂O₃）與炭粉混合后加熱并通入氯氣，可得到氯化鋁，同時生成CO，寫出該反應的化學方程式Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO；
（3）現將一定量的鋁粉和鎂粉的混合物與100mL稀硝酸充分反應，反應過程中無任何氣體放出．在反應結束后的溶液中，逐漸加入4mol•L^-1的NaOH溶液，加入NaOH溶液的體積（mL）與產生沉淀的質量的關系如圖所示．

①D→E過程中反應的離子方程式為NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O；
②A點對應縱坐標的數值是0.696g，原稀硝酸的濃度是0.66mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）根據物質鋁酸三鈣的化學式Ca₃Al₂O₆，利用化合物中各元素的化合價代數和為0的原則，由化合物中鈣、氧為+2、-2價，計算化合物中Al元素的化合價；
（2）根據反應物、生成物和反應條件寫出反應方程式；
（3）先加入NaOH溶液時沒有沉淀生成，說明NaOH先和溶液中酸反應，則硝酸有剩余，發生反應HNO₃+NaOH=NaNO₃+H₂O；
硝酸有剩余，所以鎂和鋁完全溶解，溶液中存在Al³⁺和Mg²⁺，繼續滴加NaOH溶液有沉淀生成，發生反應Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，所以隨著NaOH的加入，沉淀的物質的量逐漸增加，到D點時Al³⁺和Mg²⁺恰好完全沉淀；
繼續滴加NaOH，沉淀的物質的量不變，說明發生反應 NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O，當E點時，溶液中的溶質只有NaNO₃；
繼續滴加NaOH溶液，沉淀的物質的量減小，發生反應 Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，據此分析解答．

解答 解：（1）設化合物Ca₃Al₂O₆中Al元素化合價為n價，依化合物中各元素化合價代數和為零的原則，有（+2）×3+n×2+（-2）×6=0，解之得n=+3，
故答案為：+3；
（2）加熱條件下，氯氣、氧化鋁和碳反應生成氯化鋁和一氧化碳，反應方程式為：Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO，
故答案為：Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO；
（3）先加入NaOH溶液時沒有沉淀生成，說明NaOH先和溶液中酸反應，則硝酸有剩余，發生反應HNO₃+NaOH=NaNO₃+H₂O；
硝酸有剩余，所以鎂和鋁完全溶解，溶液中存在Al³⁺和Mg²⁺，繼續滴加NaOH溶液有沉淀生成，發生反應Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，所以隨著NaOH的加入，沉淀的物質的量逐漸增加，到D點時Al³⁺和Mg²⁺恰好完全沉淀；
繼續滴加NaOH，沉淀的物質的量不變，說明發生反應 NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O，當E點時，溶液中的溶質只有NaNO₃；
繼續滴加NaOH溶液，沉淀的物質的量減小，發生反應 Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
①D→E過程中是加入的NaOH和NH₄⁺反應，離子方程式為：NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O，故答案為：NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O；
②設金屬中鎂為xmol，鋁為ymol，而將Al³⁺和Mg²⁺完全沉淀所消耗的NaOH的體積為12mL，故有：2x+3y=12mL×10^-3×4mol/L…①
將生成的氫氧化鋁完全溶解消耗2mLNaOH溶液，故有：y=2mL×10^-3×4mol/L…②
解得x=0.012mol     y=0.008mol
而A點時，沉淀只有Mg（OH）₂，故沉淀的質量m=0.012mol×58g/mol=0.696g；
E點時，溶液中的溶質只有NaNO₃，故在E點時，加入的n（NaOH）=n（HNO₃）=16.5mL×10^-3×4mol/L=0.066mol
故原溶液中硝酸的物質的量為0.066mol，物質的量c=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.066mol}{0.1L}$=0.66mol，
故答案為：0.696g；0.66．

點評 本題考查氧化還原反應、離子方程式的計算，明確圖片中各個階段發生的反應是解本題關鍵，知道各個拐點溶液中對應的溶質，再結合方程式、原子守恒進行解答，綜合性較強．