Question

5．甲、乙、丙三位同學按下列方法制取氫氧化鋁，請你參與并回答有關問題．
甲：用可溶性鋁鹽與稀氨水反應制取氫氧化鋁．寫出該反應的離子方程式：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．
乙：根據(jù)圖電解裝置制取氫氧化鋁．請回答：
（1）電源中A極是正極，鋁極的電極反應式為Al-3e^-=Al³⁺，；
（2）從原理分析，電解質NaCl的作用是增強導電能力．
丙：利用鋁屑、稀H₂SO₄、NaOH溶液為主要原料制取Al（OH）₃固體．
（1）先設計了如下三種方案：
ⅠAl³⁺→Al（OH）₃
ⅡAl→AlO₂^-→Al（OH）₃
Ⅲ
從節(jié)省原料的角度分析，你認為最合理的方案是Ⅲ．（填Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ）
（2）設計了如下實驗步驟：
①配制500mL 0.5mol•L^-1NaOH溶液所用到的儀器有：托盤天平（含砝碼）、燒杯、玻璃棒、500mL容量瓶、膠頭滴管；
②在燒杯A中加入50mL 0.5mol•L^-1NaOH溶液，再加入足量鋁屑給溶液稍加熱．其作用是除去鋁粉表面的Al₂O₃，用蒸餾水把鋁屑沖洗，干燥后稱其質量為m₁g（全部用于制氫氧化鋁）；
③在盛有適量稀H₂SO₄的燒杯B中放入$\frac{{m}_{1}}{4}$g（含m₁的式子表示）鋁屑，充分攪拌使鋁屑反應完全；
④在盛有適量濃NaOH溶液的燒杯C中入一定質量的鋁屑，充分攪拌使鋁屑反應完全．該反應的化學方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
⑤將燒杯B和燒杯C中的溶液混合，得到氫氧化鋁白色沉淀；
⑥將沉淀過濾、洗滌、干燥得Al（OH）₃固體m₂g．
試計算此實驗中Al（OH）₃的產率是$\frac{9{m}_{2}}{26{m}_{1}}$×100%．

Answer 1

分析 甲：可溶性鋁鹽與氨水反應可以獲得氫氧化鋁沉淀，離子方程式為：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
乙：（1）鋁單質轉化為氫氧化鋁中+3價的鋁是發(fā)生氧化反應，鋁單質是陽極，所以A是正極；鋁電極的電極反應式為：Al-3e^-=Al³⁺；
（2）氯化鈉組成中各離子未參與電極反應，所以其作用是增強溶液的導電性；
丙：（1）生成1mol的氫氧化鋁，Ⅰ中消耗1.5mol的硫酸、3mol的氫氧化鈉和1mol的鋁；
Ⅱ消耗0.5mol的硫酸、1mol的氫氧化鈉和1mol的鋁；Ⅲ中消耗0.375mol的硫酸、0.75mol的氫氧化鈉；綜上所述Ⅲ中節(jié)省原料；
（2）①根據(jù)實驗操作步驟以及玻璃儀器的作用選取儀器；
②除去鋁粉表面的氧化膜；
③根據(jù)Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH） ₃↓，可知與酸反應的鋁占整個鋁的$\frac{1}{4}$；
④鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應的化學方程式為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
⑥Al（OH）₃的產率是$\frac{實際產量}{理論產量}×100%$．

解答 解：甲：可溶性鋁鹽與氨水反應可以獲得氫氧化鋁沉淀，離子方程式為Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案為：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
乙：（1）鋁單質轉化為氫氧化鋁中+3價的鋁是發(fā)生氧化反應，鋁單質是陽極，所以A是正極；鋁電極的電極反應式為：Al-3e^-=Al³⁺，故答案為：Al-3e^-=Al³⁺；
（2）氯化鈉組成中各離子未參與電極反應，所以其作用是增強溶液的導電性，故答案為：增強導電能力；
丙：（1）生成1mol的氫氧化鋁，Ⅰ中消耗1.5mol的硫酸、3mol的氫氧化鈉和1mol的鋁；
Ⅱ消耗0.5mol的硫酸、1mol的氫氧化鈉和1mol的鋁；Ⅲ中消耗0.375mol的硫酸、0.75mol的氫氧化鈉；綜上所述Ⅲ中節(jié)省原料，
故答案為：Ⅲ；
（2）①托盤天平（含砝碼）、燒杯、玻璃棒、500 mL容量瓶、膠頭滴管，故答案為：500 mL容量瓶、膠頭滴管；
②燒杯A中加入50mL 0.5mol•L^-1NaOH溶液，再加入足量鋁屑給溶液稍加熱是除去鋁粉表面的Al₂O₃，故答案為：除去鋁粉表面的Al₂O₃；
③根據(jù)Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH） ₃↓，可知與酸反應的鋁占整個鋁的$\frac{1}{4}$，所以在盛有適量稀H₂SO₄的燒杯B中放入$\frac{{m}_{1}}{4}$，故答案為：$\frac{{m}_{1}}{4}$；        
④鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應的化學方程式為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
⑥Al（OH）₃的產率是$\frac{{m}_{2}g}{\frac{{m}_{1}}{27}×78}$=$\frac{9{m}_{2}}{26{m}_{1}}$×100%，故答案為：$\frac{9{m}_{2}}{26{m}_{1}}$×100%．

點評 本題考查了離子反應方程式的書寫、電解的原理制取氫氧化鋁和一定物質的量濃度溶液的配制步驟以及用到的儀器，難度不大，注意實驗的基本操作方法和注意事項．