Question

4．鋁及其化合物在生產、生活中有著廣泛的應用．回答下列問題：
（1）鋁原子的結構示意圖為．．
（2）工業上用冰晶石作助熔劑、石墨作電極電解熔融氧化鋁制鋁．每生產1t Al，陽極大約會損失0.6t石墨．則石墨被氧化為CO和CO₂（填化學式）．
（3）納米氧化鋁用于透明陶瓷、高壓鈉燈燈管等．納米氧化鋁分散在分散劑中將形成膠體．則納米氧化鋁顆粒的直徑約為10^-9～10^-7m，制取納米氧化鋁需要純凈的硫酸鋁，檢驗硫酸鋁溶液中是否含有Fe³⁺操作方法和現象是加KSCN溶液，溶液變血紅色．
（4）電解法制備高品質AI（OH）₃的裝置如圖（中間用離子交換膜隔開），其反應原理為：
4NaAlO₂+10H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Al（OH）₃↓+4NaOH+O₂↑+2H₂↑則Al（OH）₃在陽極（填“陰極”或“陽極”）區沉積，電路中每通過2mol e時，理論上可制得2mol  Al（OH）₃．

Answer 1

分析 （1）原子結構示意圖中，圓圈內數字表示核內質子數，弧線表示電子層，弧線上的數字表示該層上的電子數，離圓圈最遠的弧線表示最外層，鋁為13號元素；
（2）用冰晶石作助熔劑、石墨作電極電解熔融氧化鋁制鋁，石墨被氧化產物可能為CO或者CO₂，或者二者混合物，設石墨被氧化后的價態為+n價，則：C→Cⁿ⁺～ne-，Al³⁺→Al～3e^-，依據氧化還原反應中得失電子守恒計算；
（3）膠體微粒直徑在1nm～100nm之間；用KSCN溶液檢驗溶液中Fe³⁺；
（4）電解本質是電解水，陰極上水放電生成氫氣與氫氧根離子，陽極上水放電生成生成氧氣與氫離子，氫離子再與[Al（OH）₄]^-反應生成Al（OH）₃；根據電子轉移守恒計算生成氧氣物質的量，再根據方程式計算生成Al（OH）₃的物質的量．

解答 解：（1）鋁為13號元素，該元素原子核內有13個質子，原子核外有3個電子層，原子的結構示意圖為，
故答案為：；
（2）每生產1噸Al轉移的電子數為$\frac{1T}{27}$×3，0.6噸的石墨失去的電子數為：$\frac{0.6T}{12}$×n，依據氧化還原反應中得失電子守恒：$\frac{1T}{27}$×3=$\frac{0.6T}{12}$×n，得n≈2.2，2＜2.2＜4，所以石墨被氧化為CO和CO₂混合物．
故答案為：CO和CO₂；
（3）膠體微粒直徑在1nm～100nm之間，則納米氧化鋁的直徑約為10^-9～10^-7m，檢驗硫酸鋁溶液含有Fe³⁺時，所采用的試劑及現象是：加KSCN溶液，溶液變血紅色，
故答案為：10^-9～10^-7；加KSCN溶液，溶液變血紅色；
（4）電解本質是電解水，陰極上水放電生成氫氣與氫氧根離子，陽極上水放電生成生成氧氣與氫離子，氫離子再與[Al（OH）₄]^-反應生成Al（OH）₃，故產物Al（OH）₃在陽極區沉積，根據電子轉移守恒，生成氧氣物質的量為$\frac{2mol}{4}$=0.5mol，由：4Na[Al（OH）₄]+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Al（OH）₃↓+4NaOH+O₂↑+2H₂↑，可知生成Al（OH）₃的物質的量為0.5mol×4=2mol，
故答案為：陽極；2．

點評 本題考查了鋁原子的結構、氧化還原反應產物的判斷，離子的檢驗、電解的產物判斷等知識，是對學生綜合能力的考查，明確氧化還原反應中得失電子守恒的規律是解題關鍵，題目難度中等．