Question

18．鋁在日常生活中應用十分廣泛，工業上用鋁土礦生產鋁．完成下列填空：
（1）鋁元素的原子核外共有5種能級的電子，共占據7個軌道．
（2）某些金屬氧化物粉末和Al粉在鎂條的引燃下可以發生鋁熱反應．
下列反應速率（v）和溫度（T）的關系示意圖中與鋁熱反應最接近的是b（選填序號）．

（3）新型鋁-氧電池用于潛水艇動力源，其原理可以看作鋁在強堿性溶液中發生吸氧腐蝕．
①寫出鋁-氧電池正極上發生的電極反應方程式O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
②鋁-氧電池在使用過程中，電解質溶液的pH減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）用NaOH溶解鋁土礦后再通入足量CO₂，可析出Al（OH）₃，反應的化學方程式如下：NaAlO₂+CO₂+2H₂O→Al（OH）₃↓+NaHCO₃在上述反應的反應物和生成物中，屬于非極性分子的電子式為，屬于弱電解質的是H₂O、Al（OH）₃．
（5）工業上采用石墨為電極點解氧化鋁的方法制備金屬鋁，點解過程中需時常補充陽極的石墨塊，其原因是電解過程中生成的氧氣全部與石墨電極反應，消耗石墨電極．
（6）碳熱還原氯化法從鋁土礦中煉鋁具有步驟簡單，原料利用率高等優點，成為國內外研究熱點，其原理如下：
Al₂O₃（s）+AlCl₃（g）+3C（s）$\stackrel{高溫}{→}$3AlCl（g）+3CO（g）
3AlCl（g）$\stackrel{低溫}{→}$2Al（l）+AlCl₃（g）
請簡述碳熱還原氯化法煉鋁的操作步驟．
①將Al₂O₃與焦炭的混合物加入高溫反應容器中，通入AlCl₃氣體．
②將生成的AlCl通入到低溫反應容器中．
③分離出鋁，并將AlCl₃（g）通入到高溫反應容器中循環使用．

Answer 1

分析 （1）鋁元素基態原子的電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p¹，原子核外共有5種能級的電子，共占據7個軌道；
（2）根據通過加熱引發鋁熱反應以及鋁熱反應為放熱反應以及溫度升高化學反應速率加快；
（3）①鋁-氧電池正極上是氧氣得電子的還原反應；
②根據電池的總反應判斷電解質pH的變化；
（4）二氧化碳分子中含有兩個碳氧雙鍵，碳原子最外層為8個電子；弱酸、弱堿以及水屬于弱電解質；
（5）電解過程中生成的氧氣全部與石墨電極反應生成C0和C0₂氣體；
（6）根據碳熱還原氯化法從鋁土礦中煉鋁的步驟來進行即可．

解答 解：（1）鋁元素基態原子的電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p¹，原子核外共有5種能級的電子，共占據7個軌道，故答案為：5；7；
（2）因通過加熱引發鋁熱反應，所以開始速率為零，一旦反應，反應放熱，溫度不斷升高，化學反應速率加快，故選：b；
（3）①鋁-氧電池正極上是氧氣得電子的還原反應：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
②鋁-氧電池在使用過程中，負極反應為Al+4OH^-═[Al（OH）₄]^-+3e^-，正極上是氧氣得電子的還原反應：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，總反應是：4OH^-+4Al+3O₂+6H₂O═4[Al（OH）₄]^-，電解質溶液的pH減小，故答案為：減小；
（4）二氧化碳為直線型結構，屬于非極性分子，分子中存在兩個碳氧雙鍵，二氧化碳的電子式為，弱堿Al（OH）₃、水屬于弱電解質；故答案為：；H₂O、Al（OH）₃；
（5）工業上采用石墨為電極點解氧化鋁的方法制備金屬鋁，電解過程中生成的氧氣全部與石墨電極反應生成C0和C0₂氣體，因此，需要不斷補充石墨電極，故答案為：
電解過程中生成的氧氣全部與石墨電極反應，消耗石墨電極；
（6）根據發生的反應：Al₂O₃（s）+AlCl₃（g）+3C（s）$\stackrel{高溫}{→}$3AlCl（g）+3CO（g）、3AlCl（g）$\stackrel{低溫}{→}$2Al（l）+AlCl₃（g），得到碳熱還原氯化法煉鋁的操作步驟：將Al₂O₃與焦炭的混合物加入高溫反應容器中，通入AlCl₃氣體，使得第一步反應開始發生；將生成的AlCl通入到低溫反應容器中，發生第二步反應；最后分離出鋁，并將AlCl₃（g）通入到高溫反應容器中繼續參與第一步反應，循環使用，
故答案為：將生成的AlCl通入到低溫反應容器中；分離出鋁，并將AlCl₃（g）通入到高溫反應容器中循環使用．

點評 本題涉及原電池和電解池的工作原理知識一斤基本概念的考查，注意知識的歸納和梳理是解題的關鍵，難度中等．