專(zhuān)題-金屬鎂、鋁工藝流程訓(xùn)練(解析版)

專(zhuān)題金屬鎂、鋁工藝流程訓(xùn)練1.從海水中提取鎂的工藝流程如圖所示：下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．用此法提取鎂的優(yōu)點(diǎn)之一是原料來(lái)源豐富B．步驟⑥電解MgCl2時(shí)陰極產(chǎn)生氯氣C．步驟⑤可將晶體置于HCl氣體氛圍中脫水D．上述工藝流程中涉及化合、分解和復(fù)分解反應(yīng)答案：B【解析】電解MgCl2時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生Cl2；加熱脫水過(guò)程中Mg2＋能水解生成Mg(OH)2，為防止Mg2＋水解，應(yīng)在HCl氣體氛圍中脫水；①、③、⑥分別為化合反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)、分解反應(yīng)。2.工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，含F(xiàn)e2O3雜質(zhì))為原料冶煉鋁的工藝流程如下：下列敘述正確的是()A．試劑X可以是氫氧化鈉溶液，也可以是鹽酸B．反應(yīng)①過(guò)濾后所得沉淀為氫氧化鐵C．圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都不是氧化還原反應(yīng)D．反應(yīng)②的化學(xué)方程式為NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3＋NaHCO3答案：D【解析】試劑X只能是氫氧化鈉溶液，不能是鹽酸，A錯(cuò)誤；反應(yīng)①過(guò)濾后所得沉淀為Fe2O3，B錯(cuò)誤；電解氧化鋁制鋁的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，C錯(cuò)誤。3.以Al2O3為原料(含F(xiàn)eO雜質(zhì))制備高純鋁單質(zhì)的一種工藝流程如下，下列說(shuō)法正確的是()A．灼燒濾渣需要用到的硅酸鹽儀器有酒精燈、蒸發(fā)皿、玻璃棒B．通入過(guò)量CO2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3＋HCOeq\o\al(－,3)C．操作Ⅱ后所得濾渣需要洗滌，證明濾渣已洗滌干凈，可用CaCl2溶液D．操作Ⅰ后的濾渣中鐵元素的價(jià)態(tài)可用鹽酸和KMnO4溶液檢驗(yàn)答案：B【解析】灼燒固體需要用坩堝，A項(xiàng)錯(cuò)誤；堿溶時(shí)，Al2O3與NaOH反應(yīng)生成NaAlO2，通入過(guò)量CO2，轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀，反應(yīng)的離子方程式為AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3＋HCOeq\o\al(－,3)，B項(xiàng)正確；操作Ⅱ后的濾渣表面有NaHCO3溶液，可用Ca(OH)2溶液檢驗(yàn)是否洗滌干凈，C項(xiàng)錯(cuò)誤；操作Ⅰ后的濾渣中鐵元素是＋2價(jià)，應(yīng)先用酸溶解，鹽酸與KMnO4溶液反應(yīng)，故應(yīng)選用稀硫酸溶解，D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.鎵(Ga)與鋁同主族，曾被稱(chēng)為“類(lèi)鋁”，其氧化物和氫氧化物均為兩性化合物。工業(yè)制備鎵的流程如圖所示： 下列判斷不合理的是() A．Al、Ga均處于ⅢA族 B．Ga2O3可與鹽酸反應(yīng)生成GaCl3 C．Ga(OH)3可與NaOH反應(yīng)生成NaGaO2 D．酸性：Al(OH)3>Ga(OH)3答案：D【解析】鎵(Ga)與鋁同主族，位于第ⅢA族，A項(xiàng)正確；Ga2O3與Al2O3的性質(zhì)具有相似性，可與鹽酸反應(yīng)生成GaCl3，B項(xiàng)正確；Ga(OH)3與Al(OH)3的性質(zhì)相似，能與NaOH溶液反應(yīng)生成NaGaO2，C項(xiàng)正確；向NaAlO2和NaGaO2的混合液中通入適量CO2，只有Al(OH)3沉淀，而沒(méi)有Ga(OH)3沉淀，說(shuō)明酸性：Ga(OH)3>H2CO3>Al(OH)3，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4．工業(yè)上以鋁土礦(主要成分是氧化鋁，含氧化鐵雜質(zhì))為原料冶煉鋁的工藝流程如下：下列敘述正確的是()A．反應(yīng)①中試劑X是氫氧化鈉溶液B．試劑Y是HCl，它與AlOeq\o\al(－,2)反應(yīng)生成氫氧化鋁C．圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)中包含2個(gè)氧化還原反應(yīng)D．將X與Y試劑進(jìn)行對(duì)換，最終可以達(dá)到相同結(jié)果答案：A【解析】B項(xiàng)，若試劑Y是HCl，它與AlOeq\o\al(－,2)反應(yīng)生成Al3＋，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，圖中所示轉(zhuǎn)化只有一步是氧化還原反應(yīng)2Al2O3eq\o(=,\s\up7(電解))4Al＋3O2↑，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，試劑X為氫氧化鈉，濾渣C為氧化鐵，濾液A為偏鋁酸鈉和氫氧化鈉混合溶液，通入過(guò)量二氧化碳?xì)怏w，發(fā)生反應(yīng)：NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3，不能對(duì)換，錯(cuò)誤。5.如圖為海水制鎂的工藝流程示意圖。下列敘述不正確的是()A．“石灰窯”“消化池”發(fā)生的依次是吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)B．“過(guò)濾器”的母液中主要是CaCl2溶液，可直接返回海洋C．“中和”時(shí)反應(yīng)的離子方程式為H＋＋OH－=H2OD．電解槽中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(通電))Mg＋Cl2↑答案：C6.工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2、Fe2O3等雜質(zhì))冶煉鋁的主要流程如下： (注：SiO2堿溶時(shí)轉(zhuǎn)化為鋁硅酸鈉沉淀) 下列敘述錯(cuò)誤的是() A．操作Ⅰ增大NaOH溶液用量可提高Al2O3的浸取率 B．操作Ⅱ、Ⅲ為過(guò)濾，操作Ⅳ為灼燒 C．通入過(guò)量CO2的離子方程式為 2AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋3H2O=2Al(OH)3↓＋COeq\o\al(2－,3) D．加入冰晶石的目的是降低Al2O3的熔融溫度答案：C【解析】操作Ⅰ增大NaOH溶液用量可以使鋁土礦中的Al2O3充分溶解，從而提高Al2O3的浸取率，A正確；操作Ⅱ、Ⅲ為過(guò)濾，操作Ⅱ?yàn)V去的濾渣為Fe2O3、鋁硅酸鈉，操作Ⅲ得到固體Al(OH)3，操作Ⅳ為灼燒，目的是使Al(OH)3分解成Al2O3，B正確；向NaAlO2溶液中通入過(guò)量CO2后生成Al(OH)3沉淀和NaHCO3，離子方程式為 AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)，C不正確；加入冰晶石的目的是降低Al2O3的熔融溫度，D正確。7.無(wú)水AlCl3易升華，可用作有機(jī)合成的催化劑等。工業(yè)上以鋁土礦(Al2O3、Fe2O3)為原料制備無(wú)水AlCl3的工藝流程如下：(1)氯化爐中Al2O3、Cl2和C反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________。(2)用Na2SO3溶液可除去冷卻器排出的尾氣中的Cl2，此反應(yīng)的離子方程式為：______________。(3)升華器中主要含有AlCl3和FeCl3，需加入少量Al，其作用是________________。(4)為測(cè)定制得的無(wú)水AlCl3產(chǎn)品(含雜質(zhì)FeCl3)的純度，稱(chēng)取16.25g無(wú)水AlCl3樣品，溶于過(guò)量的NaOH溶液中，過(guò)濾出沉淀物，沉淀物經(jīng)洗滌、灼燒、冷卻、稱(chēng)重，得其質(zhì)量為0.32g。①寫(xiě)出上述除雜過(guò)程中涉及的離子方程式________________________、________________________。②AlCl3產(chǎn)品的純度________。答案：(1)Al2O3＋3Cl2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2AlCl3＋3CO(2)SOeq\o\al(2－,3)＋Cl2＋H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋2Cl－＋2H＋(3)除去FeCl3(4)①Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓Al3＋＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O②96%8.KAl(SO4)2·12H2O(明礬)是一種復(fù)鹽,在造紙等方面應(yīng)用廣泛。實(shí)驗(yàn)室中,采用廢易拉罐(主要成分為Al,含有少量的Fe、Mg雜質(zhì))制備明礬的過(guò)程如圖所示?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)為盡量少引入雜質(zhì),試劑①應(yīng)選用(填標(biāo)號(hào))。

a.HCl溶液 b.H2SO4溶液c.氨水 d.NaOH溶液(2)易拉罐溶解過(guò)程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

(3)沉淀B的化學(xué)式為;將少量明礬溶于水,溶液呈弱酸性,其原因是

。

(4)已知:Kw=1.0×10-14,Al(OH)3AlO2-+H++H2OK=2.0×10-13。Al(OH)3溶于NaOH溶液反應(yīng)的平衡常數(shù)等于答案：(1)d(2分)(2)2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑(2分)(3)Al(OH)3(1分)Al3+水解,使溶液中H+濃度增大(1分)(4)20(2分)【解析】(1)試劑①的作用是除去廢易拉罐中的Fe、Mg雜質(zhì),根據(jù)題意,應(yīng)選擇NaOH溶液,以溶解Al,過(guò)濾出Fe、Mg。(2)易拉罐溶解過(guò)程中,Al與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)。(3)濾液A的主要成分為NaAlO2,加入NH4HCO3,得到的沉淀為Al(OH)3。明礬溶于水,溶液呈弱酸性,是由于Al3+發(fā)生水解,使溶液中H+濃度增大。(4)Al(OH)3AlO2-+H++H2O的K=c(AlO2-)·c(H+)=2.0×10-13。Al(OH)3溶于NaOH溶液發(fā)生反應(yīng):Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O,平衡常數(shù)K'=9.鎂鋁合金在工業(yè)上有著廣泛的用途,氧化鋁是冶煉金屬鋁的主要原料。從鋁土礦(主要成分是Al2O3,含有SiO2、Fe2O3、MgO等雜質(zhì))中提取氧化鋁的兩種工藝流程如下:回答下列問(wèn)題:(1)Al2O3、SiO2、Fe2O3、MgO四種物質(zhì)中,屬于酸性氧化物的是,屬于堿性氧化物的是。

(2)流程一中,沉淀③是(填化學(xué)式,下同),沉淀⑥是。

(3)流程二中,加入燒堿溶解SiO2的化學(xué)方程式為。

(4)濾液⑤中的可溶性鹽是NaCl、(填化學(xué)式),濾液⑨與過(guò)量氨水反應(yīng)的離子方程式為。

(5)在電解氧化鋁制取金屬鋁的反應(yīng)中,氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的質(zhì)量之比為。

答案：(1)SiO2Fe2O3、MgO(2)Fe(OH)3、Mg(OH)2Al(OH)3(3)SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O(4)NaHCO3H++NH3·H2ONH4++H2O、Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4【解析】(1)能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物屬于酸性氧化物,如SiO2;能與酸反應(yīng)生成鹽和水的化合物屬于堿性氧化物,如Fe2O3、MgO;與酸和堿反應(yīng)都能生成鹽和水的氧化物屬于兩性氧化物,如Al2O3。(2)流程一中,加入鹽酸后,鋁土礦中的Al2O3、Fe2O3、MgO能和鹽酸反應(yīng)而溶解,濾液②中含有Al3+、Fe3+和Mg2+,加入過(guò)量氫氧化鈉溶液,分別轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鈉、氫氧化鐵沉淀和氫氧化鎂沉淀,因此沉淀③中含有氫氧化鐵和氫氧化鎂,濾液④中通入過(guò)量二氧化碳,與偏鋁酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀及碳酸氫鈉,故沉淀⑥為氫氧化鋁。(3)流程二中,加入燒堿溶解SiO2的化學(xué)方程式為SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O。(4)根據(jù)(2)的分析,濾液⑤中的可溶性鹽是NaCl和NaHCO3。流程二中,加入燒堿溶解SiO2和氧化鋁得到硅酸鈉和偏鋁酸鈉的溶液,即濾液⑧含有硅酸鈉、偏鋁酸鈉和過(guò)量的氫氧化鈉,向其中加入過(guò)量鹽酸,反應(yīng)生成硅酸沉淀和氯化鋁溶液,濾液⑨中主要含有氯化鈉、氯化鋁和過(guò)量的鹽酸,鹽酸和氯化鋁都能與氨水反應(yīng),反應(yīng)的離子方程式為H++NH3·H2ONH4++H2O、Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+。(5)電解氧化鋁制取金屬鋁的反應(yīng)方程式為2Al2O34Al+3O2↑,其中氧化產(chǎn)物為氧氣,還原產(chǎn)物為鋁,質(zhì)量之比為(3×32)∶(4×27)=8∶9。10.如圖是工業(yè)利用菱鎂礦MgCO3(含雜質(zhì)Al2O3、FeCO3)制取鎂的工藝流程。 回答有關(guān)問(wèn)題：(1)菱鎂礦送入酸浸池前需要粉碎，目的是______________________________________。(2)氧化池中通入氯氣的目的是氧化________，工業(yè)上不選用硝酸作氧化劑的原因是________________________和____________________。(3)沉淀混合物為_(kāi)________和_________(填化學(xué)式)。(4)利用熔融氯化鎂制取金屬鎂，選用的方法是________(填字母)。 A．電解法 B．氧氣還原法 C．碳還原法 D．分解法答案：(1)提高酸浸速率(2)Fe2＋(或FeCl2)會(huì)產(chǎn)生污染性氣體NOx會(huì)引入雜質(zhì)離子NOeq\o\al(－,3) (3)Al(OH)3Fe(OH)3(4)A【解析】(1)粉碎菱鎂礦，增大固相反應(yīng)物的接觸面積，提高酸浸速率。(2)通入Cl2是為了將Fe2＋(或FeCl2)氧化為Fe3＋(或FeCl3)，工業(yè)上不用HNO3是因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生污染性氣體NOx，也會(huì)引入雜質(zhì)離子NOeq\o\al(－,3)。(3)氧化池中存在Al3＋、Fe3＋、H＋，所以加入MgO后與H＋反應(yīng)使溶液堿性增強(qiáng)，Al3＋和Fe3＋轉(zhuǎn)化為Al(OH)3和Fe(OH)3，故沉淀池中的沉淀為Al(OH)3和Fe(OH)3。(4)金屬鎂比較活潑，一般采用電解熔融MgCl2的方法進(jìn)行冶煉。11.輕質(zhì)氧化鎂是新型功能復(fù)合材料的重要添加劑，可由菱鎂礦(含MgCO3、CaCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2)為原料制備，其制備流程如下：(1)酸溶時(shí)，為了提高酸溶速率可采用的措施有_________________；提高礦物的浸取率可采取的措施有_______________________________________。(各答一條即可)(2)濃硫酸與Al2O3反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_________________________；濾渣I的主要成分為_(kāi)_______和________(填化學(xué)式)。(3)用氨水調(diào)節(jié)溶液pH＝8～9的目的是________________________，若氨水加的量較多使pH>9，則最終氧化鎂的產(chǎn)量會(huì)________(填“增大”“不變”或“減小”)。(4)沉鎂時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)________________________________________。(5)流程中“焙燒”操作若在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，樣品應(yīng)放在________中加熱(填儀器名稱(chēng))，當(dāng)________________________________________時(shí)，說(shuō)明固體樣品已分解完全。答案：(1)將菱鎂礦粉碎、適當(dāng)提高酸溶時(shí)的溫度；適當(dāng)延長(zhǎng)酸溶時(shí)間、溶解過(guò)程中不斷攪拌、多次浸取、減小菱鎂礦的顆粒度等(任寫(xiě)一條)(2)Al2O3＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2OSiO2CaSO4(3)使濾液中的Al3＋與Fe3＋完全沉淀減小(4)CO2＋2NH3·H2O＋Mg2＋=MgCO3↓＋2NHeq\o\al(＋,4)＋H2O(5)坩堝前后兩次稱(chēng)量固體的質(zhì)量不變(或前后兩次稱(chēng)量固體質(zhì)量差小于0.1g)12.利用鋁灰(主要成分為Al、Al2O3、AlN、FeO等)制備鋁鞣劑[主要成分為Al(OH)2Cl]的一種工藝如下：(1)氣體A能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)。鋁灰在90℃水解生成A的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________；“水解”采用90℃而不在室溫下進(jìn)行的原因是____________ ___________________________________________________________________________。(2)“酸溶”時(shí)，Al2O3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)__________________________________。(3)“氧化”時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________________________。(4)“廢渣”成分為_(kāi)_______(填化學(xué)式)。(5)采用噴霧干燥而不用蒸發(fā)的原因是________________________________________。答案：(1)AlN＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(90℃))Al(OH)3＋NH3↑加快AlN水解反應(yīng)速率；降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出 (2)Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O (3)2Fe2＋＋2H＋＋ClO－=2Fe3＋＋Cl－＋H2O (4)Fe(OH)3 (5)防止Al(OH)2Cl水解生成Al(OH)3【解析】鋁灰主要成分為Al、Al2O3、AlN、FeO等，加入水后，AlN和水反應(yīng)生成氫氧化鋁和氨氣，加入鹽酸酸溶后，生成氯化鋁溶液和氯化亞鐵溶液，加入漂白液氧化亞鐵離子為鐵離子，加入純堿調(diào)節(jié)溶液pH使鐵離子全部沉淀，采用噴霧干燥制備鋁鞣劑。 (1)氣體A能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)，說(shuō)明生成的是氨氣，鋁灰中的AlN和水發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和氨氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為AlN＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(90℃))Al(OH)3＋NH3↑，加熱可以促進(jìn)氮化鋁水解生成氨氣，降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出。 (2)氧化鋁是兩性氧化物，酸溶時(shí)和鹽酸發(fā)生反應(yīng)生成氯化鋁溶液，其反應(yīng)的離子方程式為Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O。 (3)加入漂白液的作用是利用次氯酸根離子在酸溶液中的強(qiáng)氧化性氧化亞鐵離子為鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為2Fe2＋＋2H＋＋ClO－=2Fe3＋＋Cl－＋H2O。 (4)由上述分析可知“廢渣”成分為氫氧化鐵沉淀，化學(xué)式為Fe(OH)3。 (5)鋁鞣劑主要成分為Al(OH)2Cl，在加熱蒸發(fā)時(shí)會(huì)發(fā)生水解，為防止水解利用噴霧干燥，減少鋁鞣劑水解。13.鋁是應(yīng)用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質(zhì))為原料制備鋁的一種工藝流程如下：注：SiO2在“堿溶”時(shí)轉(zhuǎn)化為鋁硅酸鈉沉淀。(1)“堿溶”時(shí)生成偏鋁酸鈉的離子方程式為_(kāi)______________。(2)向“過(guò)濾Ⅰ”所得濾液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH________(填“增大”“不變”或“減小”)。(3)“電解Ⅰ”是電解熔融Al2O3，電解過(guò)程中作陽(yáng)極的石墨易消耗，原因是________________。(4)鋁粉在1000℃時(shí)可與N2反應(yīng)制備AlN。在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合，有利于AlN的制備，其主要原因是_______。答案：(1)Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O(2)減小(3)石墨電極被陽(yáng)極上產(chǎn)生的O2氧化(4)NH4Cl分解產(chǎn)生的HCl能夠破壞Al表面的Al2O3薄膜【解析】(1)Al2O3為兩性氧化物，在NaOH溶液中會(huì)溶解生成NaAlO2。(2)加入的NaHCO3與過(guò)量的NaOH反應(yīng)，導(dǎo)致溶液的pH減小。(3)電解Al2O3時(shí)生成O2，O2會(huì)氧化石墨。(4)NH4Cl受熱分解產(chǎn)生HCl，H＋可以去除鋁表面的氧化膜，所以加入少量的NH4Cl有利于AlN的制備。14.KAl(SO4)2·12H2O(明礬)是一種復(fù)鹽，在造紙等方面應(yīng)用廣泛。實(shí)驗(yàn)室中，采用廢易拉罐(主要成分為Al，含有少量的Fe、Mg雜質(zhì))制備明礬的過(guò)程如下圖所示?；卮鹣铝袉?wèn)題：eq\x(易拉罐)eq\o(→,\s\up11(試劑①),\s\do4(微熱，過(guò)濾))eq\x(濾液A)eq\o(→,\s\up15(NH4HCO3))eq\x(沉淀B)eq\o(→,\s\up11(稀H2SO4),\s\do4(K2SO4))→eq\x(產(chǎn)物)(1)