化学 铝及其化合物推断题的专项 培优 易错 难题练习题附答案解析

化学铝及其化合物推断题的专项培优易错难题练习题附答案解析一、铝及其化合物1．Ⅰ.某化工厂以铬铁矿(主要成分为FeO和Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等杂质)为主要原料生产化工原料红矾钠(主要成分Na2Cr2O7·2H2O)，工艺流程如图：i.常温，NaBiO3不溶于水，有强氧化性，碱性条件下，能将Cr3+转化为CrO42-。

ii.常温时，部分金属离子开始沉淀和完全沉淀时的pH值（1）步骤①提高酸溶速率的措施__(任填一条即可)。

固体A的成分是___。

（2）步骤③需加氢氧化钠溶液调节pH，调节pH范围为__，目的是__。

（3）写出④反应的离子方程式__。

（4）将溶液H经过__即得红矾钠粗晶体。

Ⅱ.经该工厂的工业废水中含1.00×10-3mol·L-1的Cr2O72-，其毒性较大。

该化工厂的科研人员为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4（Fe的化合价依次为+3、+2），又设计了如下工艺流程：（5）第①步反应的离子方程式是__。

（6）常温时，如忽略步骤①所加FeSO4·7H2O所引起的溶液体积变化，依据上表数据，则步骤②加入NaOH溶液调节溶液的pH至9时，溶液中Cr3+的浓度为___mol/L（101/2≈3.2）。

（7）欲使1L该废水中的Cr2O72-完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4。

理论上需要加入FeSO4·7H2O的质量为__g(已知FeSO4·7H2O的摩尔质量为278g/mol)。

【答案】加热/搅拌/粉碎/适当提高稀硫酸的浓度(任写一条) SiO2 4.9≤pH＜5.5 使Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去 3NaBiO3 + 2Cr3+ +7OH－ + H2O =2Cr2O72− + 3Bi(OH)3↓+3Na+蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥 Cr2O72− + 6Fe2++14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3++7H2O 6.4×10−14 2.78【解析】【分析】铬铁矿中的FeO 、Cr 2O 3和Al 2O 3均能溶于硫酸，SiO 2不溶，过滤，向滤液中加入双氧水，氧化亚铁离子，步骤③的目的是使Fe 3+、Al 3+沉淀，过滤，向滤液中加入NaBiO 3、NaOH ，能将Cr 3+转化为Cr 2O 72−，过滤，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥得到Na 2Cr 2O 7·2H 2O 。

【详解】⑴加热、搅拌、粉碎、适当提高稀硫酸的浓度均可加快化学反应速率，任答一种即可。

按照元素化合物知识，铬铁矿中的FeO 、Cr 2O 3和Al 2O 3均能溶于硫酸，SiO 2不溶，故第①步得到的固体A 为SiO 2；故答案为：加热/搅拌/粉碎/适当提高稀硫酸的浓度(任写一条)；SiO 2。

⑵步骤③的目的是使Fe 3+、Al 3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去，但不能使Cr 3+沉淀，故需要调节的pH 范围为4.9≤pH ＜5.5，故答案为：4.9≤pH ＜5.5；使Fe 3+、Al 3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去。

⑶常温下，NaBiO 3不溶于水，有强氧化性，在碱性条件下，能将Cr 3+转化为Cr 2O 72−，则反应的离子方程式为3NaBiO 3 + 2Cr 3+ +7OH － + H 2O = 2Cr 2O 72− + 3Bi(OH)3↓+3Na +；故答案为：3NaBiO 3 + 2Cr 3+ +7OH － + H 2O = 2Cr 2O 72− + 3Bi(OH)3↓+3Na +。

⑷溶液H 得红矾钠粗晶体需经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥；故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥。

⑸Cr 2O 72−有强氧化性，FeSO 4·7H 2O 中Fe 2+有一定的还原性，在酸性条件下将Fe 2+氧化为Fe 3+，自身被还原为Cr 3+，根据元素守恒及所处环境可知，还有水生成，反应离子方程式为Cr 2O 72− + 6Fe 2++14H + = 2Cr 3+ + 6Fe 3++7H 2O ；故答案为：Cr 2O 72− + 6Fe 2++14H + = 2Cr 3+ + 6Fe 3++7H 2O 。

⑹常温时，如忽略步骤①所加FeSO 4·7H 2O 所引起的溶液体积变化，依据上表数据得到Cr 3+开始沉淀时pH =5.5，即148.5w 5.15110(OH )110(H )1mol L 10K c c ---+--⨯===⨯⨯⋅，则()338.5329sp 3Cr OH (Cr )(OH )0.0012(110) 6.410K c c +---⎡⎤⎣⎦=⋅=⨯⨯⨯=⨯，步骤②加入NaOH 溶液调节溶液的pH 至9时，145w 19110(OH )110(H )1mol L 10K c c --+---⨯==⋅=⨯⨯，则溶液中Cr 3+的浓度为()3335329sp 3Cr OH (Cr )(OH )(Cr )(110) 6.410K c c c +-+--=⋅=⨯⨯=⨯⎡⎤⎣⎦，1314(Cr ) 6.41mol L 0c +--⋅=⨯；故答案为；6.4×10−14 mol·L −1。

⑺欲使1L 该废水中n(Cr 2O 72−)=1×10−3 mol ，根据Cr 原子、Fe 原子守恒，可得Cr 2O 72−～4Cr 0.5Fe 1.5FeO 4～10FeSO 4·7H 2O ，因此理论上n(FeSO 4·7H 2O)=10n(Cr 2O 72−)=10×1×10−3 mol =0.01mol ，所以质量m(FeSO 4·7H 2O) = 0.01mol×278 g∙mol −1=2.78g ；故答案为2.78g 。

2．2019年诺贝尔奖授予了在开发锂离子电池方面做出卓越贡献的三位化学家。

锂离子电池的广泛应用要求处理锂电池废料以节约资源、保护环境。

锂离子二次电池正极铝钴膜主要含有LiCoO 2、Al 等，处理该废料的一种工艺如图所示：（1）Li 的原子结构示意图为_____________，LiCoO 2中Co 的化合价为_______。

（2）“碱浸”时Al 溶解的离子方程式为__________________________________。

（3）“酸溶”时加入H 2O 2的目的是______________________________________。

（4）“沉钴”的离子方程式为___________________________________________。

（5）配制100 mL 1.0 mol /L (NH 4)2C 2O 4溶液，需要的玻璃仪器出玻璃棒、烧杯外，还有_____。

（6）取CoC 2O 4固体4.41g 在空气中加热至300 ℃，得到的钴的氧化物2.41g ，则该反应的化学方程式为__________________________________________________________。

【答案】 +3 2Al 2OH -+2222H O 2AlO 3H -+=+↑ 将2LiCoO 中的Co(Ⅲ)还原为2+价 222424Co C O CoC O +-+=↓ 100mL 容量瓶、胶头滴管Δ2423423CoC O 2O Co O 6CO +=+【解析】【分析】铝钴膜主要含有2LiCoO 、Al 等，将废料先用碱液浸泡，将Al 充分溶解，过滤后得到的滤液中含有偏铝酸钠，滤渣为2LiCoO ，将滤渣用双氧水、硫酸处理后生成24Li SO 、4CoSO ，然后加入氨水调节溶液的pH ，生成氢氧化锂沉淀从而除去锂离子，最后对滤液用草酸铵洗涤处理，经过一系列处理得到草酸钴。

据此解答。

【详解】（1）锂是3号元素，原子结构示意图为，2LiCoO 中Li 显1+价，氧元素显2-价，设钴元素的化合价是x ，根据在化合物中正负化合价代数和为零，可得：()()1x 220+++-⨯=，则x 3=+，故答案为：；3+； （2）“碱浸”时Al 溶解于氢氧化钠溶液，反应的离子方程式为2Al 2OH -+2222H O 2AlO 3H -+=+↑； （3）双氧水具有氧化性，“酸溶”时加入22H O ，可以将2LiCoO 中的Co(Ⅲ)还原为2+价，用氨水调节pH ，将锂离子转化为氢氧化锂沉淀，所得滤渣主要为LiOH ，故答案为：将2LiCoO 中的Co(Ⅲ)还原为2+价；（4）“沉钴”中4CoSO 与草酸铵反应生成草酸钴，反应的离子方程式为222424Co C O CoC O +-+=↓，故答案为：222424Co C O CoC O +-+=↓；（5）配制100 mL 1.0 mol /L (NH 4)2C 2O 4溶液，需要经过称量、溶解、转移、洗涤、定容等步骤，需要的玻璃仪器除玻璃棒、烧杯外，还需要100mL 容量瓶、胶头滴管，故答案为：100mL 容量瓶、胶头滴管；（6）4.41gCoC 2O 4的物质的量为 4.41g 0.03mol 147g /mol=，其中含有钴元素的质量0.03mol 59g /mol 1.77g =⨯=，因此钴的氧化物中含有氧元素的质量2.41g 1.77g 0.64g =-=，氧元素的物质的量0.64g 0.04mol 16g /mol ==，因此该钴的氧化物为34Co O ，钴元素被氧化，因此反应物中需要氧气参与，根据元素守恒，生成物中还有二氧化碳，反应的方程式为Δ2423423CoC O 2O Co O 6CO +=+，故答案为：Δ2423423CoC O 2O Co O 6CO +=+。

【点睛】从处理铝钴膜废料的工艺流程不难得出：Co 的化合价多于一种，所以钴元素的氧化物有多种，所以我们得先确认本题中生成的是哪种氧化物，才能正确书写方程式。

3．工业上的许多反应工艺来源于实验室里的简单操作，比如用铝土矿(成分为氧化铝、氧化铁)制取铝的过程如图：请回答下列问题：（1）写出铝土矿中加入NaOH 溶液的反应方程式___。

（2）沉淀C 的化学式___，颜色为___，写出它的一种用途___。

（3）操作I 、操作II 、操作III 的名称为___，这个过程用到的玻璃仪器有烧杯、___。

（4）整个生产过程中，除可以循环使用的物质有___(写出3种，填化学式)，用此法制取铝的副产品是___(写出2种，填化学式)。

（5）氧化铝熔点高，氯化铝熔点低，工业上为什么不用熔点较低的氯化铝而用熔点更高的氧化铝为原料电解制铝？___。