Question

19．鐵、鋁、銅及其化合物在生成、生活中有著廣泛的應用．請回答下列問題：
（1）鋁元素在周期表中位置第三周期第ⅢA族，鋁離子的結構示意圖為．
（2）Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺三種金屬陽離子氧化性有強到弱的排列順序是Fe³⁺＞Cu²⁺＞Al³⁺，制造電路板的工藝中，FeCl₃溶液可以蝕刻鋼箔，該反應的離子方程式為2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺．
（3）與明礬相似，硫酸鐵也可用作凈水劑，但在使用時發現硫酸鐵并不能使酸性廢水中的懸浮物沉降除去，其原因是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺，酸性廢水抑制Fe³⁺的水解，使其不能生成有吸附作用的Fe（OH）₃膠體．
（4）下表中，對陳述Ⅰ、Ⅱ的正確性的判斷都正確的是BC（填寫字母序號）．

選項	陳述Ⅰ	陳述Ⅱ	判斷
A	鐵是地殼中含量最高的金屬元素	鐵是人類最早使用的金屬材料	Ⅰ對；Ⅱ對．
B	鋁箔在酒精燈火焰上加熱融化但不滴落	鋁箔對熔化的鋁有較強的吸附作用	Ⅰ對；Ⅱ錯．
C	鋁粉可以和氧化鐵粉末發生鋁熱反應	鋁熱反應是工業煉鐵最常用方法	Ⅰ對；Ⅱ錯．
D	銅在潮濕空氣中表面會生成銅綠	可用銅容器盛放濃硫酸	Ⅰ對；Ⅱ對．

（5）某興趣小組為測定一種鐵鋁硅合金（Fe₂Al₃Si₂）粉末的組成，提出如下方案：準備稱取1.46g該合金粉末，加入過量鹽酸，充分反應后過濾，測得剩余固體的質量為0.07g．向濾液匯總滴加足量NaOH濃溶液，充分攪拌、過濾、洗滌得到固體．再將所得固體充分加熱、灼燒，得到紅棕色粉末1.60g．通過計算確定次合金的組成為Fe₈Al₄Si（填化學式）．

Answer 1

分析 （1）鋁原子結構中有3個電子層，最外層電子數為3，離子核外有10個電子；
（2）金屬越活潑，對應陽離子的氧化性越弱，FeCl₃溶液與銅反應生成氯化亞鐵和氯化銅；
（3）硫酸鐵可用作絮凝劑的原理為三價鐵離子水解生成氫氧化鐵的膠體具有吸附性，但在酸性廢水抑制Fe³⁺的水解，使其不能生成有吸附作用的Fe（OH）₃膠體；
（4）A．地殼中含量最高的金屬元素是鋁，人類最早使用的金屬材料是銅；
B．氧化鋁的熔點高；
C．鋁熱反應為放熱反應，可用來冶煉熔點高的金屬；
D．Cu性質不活潑，常溫下與濃硫酸不反應；
（5）合金溶于過量鹽酸鐵和鋁反應，剩余固體質量為硅的質量，計算得到n（Si），加入過量氫氧化鈉溶液鋁離子反應全部變化為偏鋁酸鈉，鐵離子生成氫氧化鐵過濾、洗滌得固體．再將所得固體充分加熱、灼燒，得紅棕色粉末1.60g為Fe₂O₃，計算得到鐵元素物質的量，結合質量守恒計算合金中鋁元素物質的量得到化學式．

解答 解：（1）鋁的原子結構示意圖為，Al位于周期表中第三周期第ⅢA族，鋁離子核內有13個質子，核外有10個電子，則鋁離子的結構示意圖為，
故答案為：第三周期第ⅢA族；；
（2）FeCl₃溶液可以蝕刻銅箔，因為鐵離子具有氧化性，將銅單質氧化生成銅離子和亞鐵離子，反應的離子方程式為2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，則氧化性為Fe³⁺＞Cu²⁺，金屬越活潑，對應陽離子的氧化性越弱，可知氧化性為Cu²⁺＞Al³⁺，則Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺三種金屬陽離子氧化性有強到弱的排列順序是Fe³⁺＞Cu²⁺＞Al³⁺，
故答案為：Fe³⁺＞Cu²⁺＞Al³⁺；2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；　　　　　
（3）硫酸鐵可用作絮凝劑的原理為三價鐵離子水解生成氫氧化鐵的膠體具有吸附性，但在酸性廢水抑制Fe³⁺的水解，使其不能生成有吸附作用的Fe（OH）₃膠體，
故答案為：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺，酸性廢水抑制Fe³⁺的水解，使其不能生成有吸附作用的Fe（OH）₃膠體；
（4）A．地殼中含量最高的金屬元素是鋁，人類最早使用的金屬材料是銅，判斷均不合理，故A錯誤；
B．氧化鋁的熔點高，包裹在鋁的外面，則鋁箔在酒精燈火焰上加熱融化但不滴落，判斷合理，故B正確；
C．鋁熱反應為放熱反應，可用來冶煉熔點高的金屬，工業煉鐵為高爐煉鐵，利用熱還原法，判斷合理，故C正確；
D．Cu性質不活潑，常溫下與濃硫酸不反應，但不用銅容器盛放濃硫酸，一般利用Fe、Al容器盛放濃硫酸，故D錯誤；
故答案為：BC；
（5）1.46g該合金粉末，加入過量鹽酸溶液，充分反應后過濾，鐵和鋁全部溶解，測定剩余固體質量0.07g為硅．n（Si）=$\frac{0.07g}{28g/mol}$=0.0025mol，向濾液中滴加足量NaOH濃溶液，鋁離子反應生成偏鋁酸鈉，充分攪拌、過濾、洗滌得固體．判斷為Fe（OH）₃，再將所得固體充分加熱、灼燒，得紅棕色粉末1.60g為Fe₂O₃，鐵的物質的量n（Fe）=$\frac{1.60g}{160g/mol}$×2=0.02mol，n（Al）=$\frac{1.46g-0.07g-0.02mol×56g/mol}{27g/mol}$=0.01mol；n（Fe）：n（Al）：n（Si）=0.02：0.01：0.0025=8：4：1，即化學式為Fe₈Al₄Si，故答案為：Fe₈Al₄Si．

點評 本題考查較綜合，涉及金屬及化合物的性質、鹽類水解、氧化還原反應、物質組成的確定等，綜合性較強，把握相關反應原理為解答的關鍵，側重分析與應用能力的綜合考查，題目難度中等．