Question

6．聚合氯化鋁是一種新型凈水劑，其中鋁的總濃度（用Al_T表示）包括三類：主要為Al³⁺的單體形態鋁總濃度（用Al_a表示）；主要為[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺的中等聚合形態鋁總濃度（用Al_b表示）和Al（OH）₃膠體形態鋁總濃度（用A1_c表示）．
（1）一定條件下，向1.0mol/LAlCl₃溶液中加入0.6mol/L的NaOH溶液，可制得Al_b含量約為86%的聚合氯化鋁溶液．寫出生成[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺的離子方程式：13Al³⁺+32OH^-+8H₂O=[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺．
（2）用膜蒸餾（簡稱MD）濃縮技術將聚合氯化鋁溶液進行濃縮，實驗過程中不同濃度聚合氯化鋁中鋁形態分布（百分數）如表：

AlT/（mol•L-1）	Ala/%	Alb/%	A1c/%
0.208	1.4	86.6	12.0
0.489	2.3	86.2	11.5
0.884	2.3	88.1	9.6
1.613	3.1	87.0	9.9
2.520	4.5	88.2	7.3

①在一定溫度下，Al_T越大，pH越小（填“越大”、“越小”或“不變”）．
②如將Al_T=2.520mol•L^-1的聚合氯化鋁溶液加水稀釋，則稀釋過程中主要發生反應的離子方程式：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺．
③膜蒸餾料液溫度對鋁聚合形態百分數及鋁的總濃度的影響如圖1．當T＞80℃時，Al_T顯著下降的原因是溫度升高，水解程度加大，產生氫氧化鋁沉淀．

（3）真空碳熱還原一氧化法可實現由鋁土礦制備金屬鋁，相關反應的熱化學方程式如下：
①Al₂O₃（s）+AlCl₃（g）+3C（s）=3AlCl（g）+3CO（g）△H₁=a kJ•mol^-1
②3AlCl（g）=2Al（l）+AlCl₃（g）△H₂=b kJ•mol^-1
則反應Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）△H=（a+b）kJ•mol^-1（用含a、b的代數式表示）．反應①常壓下在1900℃的高溫下才能進行，說明△H＞0（填“＞”“=”或“＜”）．
（4）物質中的鋁元素可以通過將鋁元素轉化成Al³⁺，然后在水溶液中用鋁試劑（NH₄）₃C₁₉H₁₁O₃（COO）₃（商品名為“阿羅明拿）測定，在弱酸性溶液中，Al³⁺可以用鋁試劑反應，生成玫瑰紅色的物質．隨著該反應的進行，溶液的顏色不斷變化，分析溶液顏色與反應物（或生成物）濃度的關系（即比色分析），可以確定該化學反應的速率．用于比色分析的儀器是C．
A．pH計   B．元素分析儀    C．分光光度計     D．原子吸收光譜儀
（5）已知Al³⁺+4X?2[（Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂）^1.5+]，X表示顯色劑，Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+表示有色物質，通過比色分析得到25℃時Al³⁺濃度隨時間的變化關系如圖2所示，請在同一圖中繪出Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+濃度隨時間的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）結合原子守恒、電荷守恒書寫生成[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺的離子方程式；
（2）①在一定溫度下，Al_T越大，Al_a%越大，Al_c%越小，所以pH減小；
②如將Al_T=2.520mol•L^-1的聚合氯化鋁溶液加水稀釋，稀釋過程中主要鋁離子發生水解得到Al（OH）₃（膠體）；
③當T＞80℃時，溫度升高鋁離子水解程度加大，產生氫氧化鋁沉淀增大；
（3）已知：①Al₂O₃（s）+AlCl₃（g）+3C（s）=3AlCl（g）+3CO（g）△H₁=a kJ•mol^-1
②3AlCl（g）=2Al（l）+AlCl₃（g）△H₂=b kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，①+②可得：Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）；
反應①常壓下在1900℃的高溫下才能進行，△H-T△S＜0反應自發進行；
（4）pH計測定溶液pH值，元素分析儀分析組成元素，原子吸收光譜儀分析組成元素，用于比色分析的儀器是分光光度計；
（5）隨反應進行Al³⁺濃度減小，則Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+濃度增大，且△c（Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+）=2△c（Al³⁺）．

解答 解：（1）向1.0mol•L^-1 AlCl₃溶液中加入0.6mol•L^-1的NaOH溶液，可制得Al_b含量約為86%的聚合氯化鋁溶液，根據原子守恒、電荷守恒可得生成[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺的離子方程式為：13Al³⁺+32OH^-+8H₂O=[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺，
故答案為：13Al³⁺+32OH^-+8H₂O=[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺；
（2）①在一定溫度下，Al_T越大，Al_a%越大，Al_c%越小，所以pH越小，故答案為：越小；
②如將Al_T=2.520mol•L^-1的聚合氯化鋁溶液加水稀釋，則稀釋過程中主要發生反應的離子方程式：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺，
故答案為：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺；
③膜蒸餾料液溫度對鋁聚合形態百分數及鋁的總濃度的影響如圖所示，當T＞80℃時，Al_T顯著下降的原因是：溫度升高，水解程度加大，產生氫氧化鋁沉淀，
故答案為：溫度升高，水解程度加大，產生氫氧化鋁沉淀；
（3）已知：①Al₂O₃（s）+AlCl₃（g）+3C（s）=3AlCl（g）+3CO（g）△H₁=a kJ•mol^-1
②3AlCl（g）=2Al（l）+AlCl₃（g）△H₂=b kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，①+②可得：Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g），則△H=△H₁+△H₂=（a+b）kJ/mol；
該反應△S＞0，反應①常壓下在1900℃的高溫下才能進行，△H-T△S＜0反應自發進行，說明該反應△H＞0，
故答案為：（a+b）；＞；
（4）pH計測定溶液pH值，元素分析儀分析組成元素，原子吸收光譜儀分析組成元素，用于比色分析的儀器是分光光度計，
故選：C；
（5）隨反應進行Al³⁺濃度減小，則Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+濃度增大，且△c（Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+）=2△c（Al³⁺），Al${\;}_{\frac{1}{2}}$X₂^1.5+濃度隨時間的變化曲線為：，
故答案為：．

點評 本題考查學生對信息獲取與知識遷移應用、反應熱有關計算等，題目綜合性非常強，題目素材陌生，增大題目難度，很好的考查學生對化學反應原理的掌握程度，難度較大．