高考化学培优易错试卷(含解析)之铝及其化合物推断题含详细答案

高考化学培优易错试卷(含解析)之铝及其化合物推断题含详细答案
一、铝及其化合物
1．Al2O3是铝的重要化合物，有着广泛的应用。

以下是Al2O3的实验室制备流程图。

根据题意回答下列问题：
（1）实验室制备过程中，废铝材料先用Na2CO3溶液浸洗的目的是_____；A试剂是
____________（填物质名称）。

（2）两条途径中有一条明显不合理，它是_______（填“途径1”或“途径2”），合理的方案是______。

（3）某同学从多、快、好、省的原则考虑，认为综合途径1和2，可以既节约药品又节省时间来实现由“废铝材料”制备“Al2O3”，该同学的实验设计流程是（模仿上面流程图设计）__________。

（4）若要从滤液中得到NaCl晶体，其实验操作是_____。

（5）得到的Al2O3中可能含有Na2CO3杂质，请设计实验检验杂质：（写出所需试剂、实验步骤和结论）_________。

（6）现有含Na2CO3杂质的Al2O3样品，为了测定Al2O3的纯度，请你设计实验方案，列出计算式：_____（式中含有a、b等字母）。

【答案】除去铝材表面的油腻稀盐酸途径2 将稀盐酸改成通入过量CO2
蒸发结晶、趁热过滤、
干燥取少量样品溶于水，取上层清液，加入氯化钡溶液，若出现白色沉淀，则证明有Na2CO3,反之则没有取样品质量为b，加水溶解后，加入足量的氯化钡溶液，沉淀完全以
后，过滤、洗涤和干燥，称量（恒重）得沉淀ag。

计算式为：
106a 1-197b
【解析】
【分析】
从废铝材中提取氧化铝，途径1先用稀盐酸反应生成氯化铝，再与Na2CO3溶液发生双水解生成氢氧化铝，再灼烧分解生成氧化铝；途径2氧化铝先与氢氧化钠生成偏铝酸钠，再与盐酸生成氢氧化铝，再灼烧分解生成氧化铝，据此分析解答。

【详解】
（1）废铝材料先用Na2CO3溶液浸洗的目的是除去铝材表面的油腻，A为稀盐酸，故答案为：除去铝材表面的油腻；稀盐酸；
（2）途径2不合理，因为盐酸的量不好控制，改进的方法是将稀盐酸改成通入过量CO2，故答案为：途径2；将稀盐酸改成通入过量CO2；
（3）综合途径1和2，可以既节约药品又节省时间来实现由“废铝材料”制备“Al2O3”，应该用铝材先分别生成氯化铝和偏铝酸钠，两者再发生双水解生产氢氧化铝，流程为：
；
（4）氯化钠的溶解度受温度影响小，若要从若要从滤液中得到NaCl晶体，操作为：蒸发结晶、趁热过滤、干燥，故答案为：蒸发结晶、趁热过滤、干燥；
（5）得到的Al2O3中可能含有Na2CO3杂质，检测的方法为：取少量样品溶于水，取上层清液，加入氯化钡溶液，若出现白色沉淀，则证明有Na2CO3,反之则没有，故答案为：取少量样品溶于水，取上层清液，加入氯化钡溶液，若出现白色沉淀，则证明有Na2CO3,反之则没有；
（6）现有含Na2CO3杂质的Al2O3样品，为了测定Al2O3的纯度，可采用方案为：取样品质量为b，加水溶解后，加入足量的氯化钡溶液，沉淀完全以后，过滤、洗涤和干燥，称量
（恒重）得沉淀ag；BaCO3沉淀质量为ag，则n(BaCO3)=
ag
197g/mol
=
a
197
mol=
n(Na2CO3)，则m(Na2CO3)=
a
197
mol 106g/mol=
106a
g
197
，Na2CO3的纯度=
106a
197b
，Al2O3
的纯度=
106a
1-
197b
；故答案为：取样品质量为m，加水溶解后，加入足量的氯化钡溶液，沉
淀完全以后，过滤、洗涤和干燥，称量（恒重）得沉淀ag；计算式为：
106a
1-
197b。

【点睛】
本题考查物质分离和提纯，侧重考查元素化合物性质、氧化还原反应、物质分离和提纯实验操作，注意从整体上分析流程图中每一步发生的反应。

2．为了降低电子垃圾对环境构成的影响，将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70％Cu、25％Al、4％Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：
（1）第①步Cu与混酸反应的离子方程式为________________。

得到滤渣1的主要成分为___________。

（2）第②步中加入H2O2的作用是__________________，使用H2O2的优点是_________；调溶液pH的目的是_________________。

（3）简述第③步由滤液2得到CuSO4·5H2O的方法是_________________________。

（4）由滤渣2制取Al2(SO4)3·18H2O ，设计了以下三种方案：
上述三种方案中，_______方案不可行，原因是________________；
从原子利用率角度考虑，_______方案更合理。

（5）用滴定法测定CuSO4·5H2O含量。

取a g试样配成100 mL溶液，每次取20.00 mL，消除干扰离子后，用c mol·L-1EDTA（H2Y2－）标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液b mL。

滴定反应如下：Cu2++ H2Y2－→ CuY2－+ 2H+。

写出计算CuSO4·5H2O质量分数的表达式ω＝ __________________ 。

【答案】Cu + 4H++ 2NO3-=Cu2++ 2NO2↑+ 2H2O或3Cu + 8H++ 2 NO3-=3Cu2++ 2NO↑+ 4H2O Au、Pt 将Fe2+氧化为Fe3+不引入杂质，对环境无污染使Fe3+、Al3+沉淀除去加热滤液2，经过蒸发、冷却、结晶、过滤，最终制得硫酸铜晶体甲所得产品中含有较多
Fe2(SO4)3杂质乙
3
102505
c b
a
-
⨯⨯⨯⨯
× 100%
【解析】
【分析】
【详解】
（1）Cu与混酸反应的实质是与H+、NO3-反应，随反应进行离子浓度逐渐减小，所以离子方程式为Cu + 4H++ 2NO3-=Cu2++ 2NO2↑+ 2H2O，3Cu + 8H++ 2 NO3-=3Cu2++ 2NO↑+ 4H2O，Au、Pt不与混酸反应，所以滤渣的主要成分是Au、Pt；
（2）加过氧化氢的目的是把亚铁离子氧化成铁离子，方便除去；而且加入过氧化氢不会引入新的杂质且无污染；调节溶液的pH目的是使Fe3+、Al3+沉淀除去；
（3）由滤液2得到CuSO4·5H2O的方法是把滤液蒸发得浓溶液再冷却结晶，过滤得硫酸铜晶体；
（4）甲方案不可行，因为滤渣2的主要成分是Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，加入硫酸沉淀全部溶解使制得的产品中含有较多Fe2(SO4)3杂质；从原子利用率角度分析，乙方案更合理，不仅能除去硫酸铁，同时增加了硫酸铝的量，原子利用率较高；
（5）由滴定反应方程式得100mL溶液中n（Cu2+）=b×10-3×a×5mol，所以CuSO4·5H2O质量分数= b×10-3×a×5×250/a×100%。

3．A、B、C、D、E、F、G、H为八种短周期主族元素，原子序数依次增大。

A、F的最外层电子数分别等于各自的电子层数，其中A的单质在常温下为气体。

C与B、H在元素周期表中处于相邻位置，这三种元素原子的最外层电子数之和为17。

D与F同周期。

G的单质常用作半导体材料。

请回答：
(1)C和H分别与A形成的简单化合物沸点较高的是________(填化学式)，理由是
_____________。

(2)C、E形成的简单离子半径大小：r(C)______r(E)(填>、<或=)
(3)请写出F最高价氧化物对应的水化物在水溶液中的电离方程式______________。

(4)B与G形成的化合物常用于做耐高温材料，工业可用碳热还原法制取：将G的氧化物与B的单质在1400℃条件下和足量的碳反应，请写出化学反应方程式_____________。

【答案】H 2O H2O分子间存在氢键>H++AlO2-+H2O Al(OH)3Al3++3OH-
3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO
【解析】
【分析】
A、B、C、D、E、F、G、H为八种短周期主族元素，原子序数依次增大。

A、F的最外层电子数分别等于各自的电子层数，其中A的单质在常温下为气体，则A为H；G的单质常用作半导体材料，G为Si，结合原子序数可知F为Al；C与B、H在元素周期表中处于相邻位置，这三种元素原子的最外层电子数之和为17，17÷3=5…2，B为N、C为O、H为S，D与F同周期，位于第三周期，D为Na、E为Mg，以此来解答。

【详解】
由上述分析可知，A为H、B为N、C为O、D为Na、E为Mg、F为Al、G为Si、H为S。

(1)C和H分别与A形成的简单化合物分别是H2O、H2S，其中沸点较高的是H2O，原因是
H2O 分子间存在氢键，增加了分子之间的吸引力；
(2)O2-、Mg2+核外电子排布相同。

具有相同电子排布的离子中，原子序数大的离子半径小，则C、E形成的简单离子半径大小：r(C)>r(E)；
(3)F最高价氧化物对应的水化物Al(OH)3是两性氢氧化物，在水溶液中存在酸式电离和碱式电离，电离方程式为H++AlO 2-+H2O Al(OH)3Al3++3OH-；
(4)将G的氧化物与B的单质在1400℃条件下和足量的碳反应，其化学反应方程式为
3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO。

【点睛】
本题考查元素及化合物的推断及物质性质的方程式表示。

把握原子结构、元素的位置、质子数关系来推断元素为解答的关键，注意元素化合物知识的应用，题目侧重考查学生的分析与应用能力。

4．简要回答下列问题
（1）医疗上，常用胃舒平[主要成分Al(OH)3]来治疗胃酸（主要成分盐酸）过多，其理由是
__________（用离子方程式表示）。

（2）生活中不能用铝制容器储存氢氧化钠溶液的原因是__________（用化学方程式表示）。

（3）工业制备漂白粉原理是__________（用化学方程式表示）。

（4）人们常用雕花玻璃装饰房间。

在玻璃上雕花时发生反应的化学方程式是__________。

（5）硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，向其中通入过量的CO2，会出现软而透明的凝胶胶体，其化学方程式是__________。

【答案】3H++Al(OH)3＝Al3++3H2O Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O；
2Al+2NaOH+2H2O=2NaA1O2+3H2↑2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O Na2SiO3+2CO2+2H2O==H2SiO3↓+2NaHCO3
【解析】
【分析】
玻璃的主要成分之一为二氧化硅，它是酸性氧化物，不能与硫酸、硝酸、盐酸等发生反应，但能与氢氟酸发生反应。

不过，二氧化硅与氢氟酸反应，表现的不是酸性氧化物的性质，是氢氟酸特有的性质。

【详解】
(1)胃舒平中的Al(OH)3与胃酸中的盐酸反应，生成氯化铝和水，其理由是3H++Al(OH)3＝
Al3++3H2O；
答案为：3H++Al(OH)3＝Al3++3H2O；
(2)生活中不能用铝制容器储存氢氧化钠溶液，因为铝表面的Al2O3与NaOH反应后，里面的Al与NaOH溶液继续反应，化学方程式为Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O；
2Al+2NaOH+2H2O=2NaA1O2+3H2↑；
答案为：Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O；2Al+2NaOH+2H2O=2NaA1O2+3H2↑；
(3)工业上利用氯气与石灰乳反应生产漂白粉，反应的化学方程式为
2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O；
答案为：2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O；
(4)在玻璃上雕花是利用氢氟酸与玻璃中的SiO2发生复分解反应，反应的化学方程式为
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O；
答案为：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O；
(5)向硅酸钠水溶液中通入过量的CO2，会出现软而透明的硅酸凝胶和NaHCO3，反应的化学方程式为Na2SiO3+2CO2+2H2O==H2SiO3↓+2NaHCO3；
答案为：Na2SiO3+2CO2+2H2O==H2SiO3↓+2NaHCO3。

【点睛】
“向硅酸钠水溶液中通入过量的CO2”，若不注意审题，我们很容易写成
Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3，解题时，对关键词“过量”一定要引起高度重视。

5．将一定质量的Mg-Al合金投入100mL一定物质的量浓度的某HCl溶液中，充分反应。

向反应后的溶液中逐滴加入一定物质的量浓度的NaOH溶液，生成沉淀的质量与所加NaOH溶液的体积关系如下图。

回答下列问题：
（1）写出BC段反应的离子方程式为____________________________。

（2）原Mg-Al合金的质量是_____________。

（3）原HCl溶液的物质的量浓度是________________。

（4）所加NaOH溶液的物质的量浓度是____________。

（5）a=______。

【答案】Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O 5.1g 6mol/L 5mol/L 20
【解析】
【分析】
根据图像可知，oa段为过量的盐酸与NaOH反应，AB段为镁离子、铝离子与NaOH的反应，BC段为氢氧化铝与NaOH的反应。

【详解】
(1) BC段为氢氧化铝与NaOH的反应，生成偏铝酸钠和水，反应的离子方程式为
Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O；
(2) BC段减少的为氢氧化铝沉淀，质量为7.8g，物质的量为0.1mol，即n(Al)=0.1mol；则氢氧化镁的质量为5.8g，物质的量为0.1mol即n(Mg)=0.1mol；合金的质量为
24×0.1+27×0.1=5.1g；
(3)根据方程Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O，消耗20mL的NaOH时的物质的量为0.1mol，则
c(NaOH)=0.1mol÷0.02L=5mol/L；B点时，溶液刚好为NaCl溶液，此时消耗
n(NaOH)=5×0.12=0.6mol，c(HCl)=0.6÷0.1=6mol/L；
(4)由(3)得出的结论，c(NaOH)=5mol/L；
(5) n(Mg)=n(Al)=0.1mol，消耗的盐酸为0.5mol，100mL溶液中含有n(HCl)=0.6mol，则剩余n(HCl)=0.1mol，此时消耗V(NaOH)=0.1÷5=0.02L，即20mL。

【点睛】
通过BC段消耗的氢氧化钠的体积计算出NaOH的浓度，再计算盐酸的浓度。

6．粉煤灰是燃煤产生的工业固体废料，主要成分有Al2O3、SiO2，还含有少量Fe2O3、CaO 等。

采用酸碱联合的方法从粉煤灰中综合回收氧化铝及二氧化硅的工艺流程如下：
硫酸熟化过程中发生的反应有：
Al2O3∙2SiO2 +3H2SO4=Al(SO4)3 +2SiO2 +3H2O
3Al2O3∙2SiO2 +9H2SO4=3Al2( SO4)3 + 2SiO2 +9H2O
(1)“结晶”操作：缓缓加热，浓缩至______ ，放置冷却，得到Al2(SO4)3∙18H2O。

(2)Al2(SO4)3∙18H2O在250 ~300℃下失重40.5%得Al2(SO4)∙xH2O，x=______。

(3)“还原焙烧”过程中发生反应的化学方程式为_________。

(4)设计实验检验粗氧化铝中是否含有Fe2O3： __________。

(5)向硅酸钠溶液中通入过量CO2制备白炭黑的化学方程式为___________。

(6)粗氧化铝制备冶金级氧化铝过程中发生反应[ Al(OH)4]- +CO2 =Al(OH)3↓+ HCO3-，该反应的平衡常数为_______[已知 Al(OH)3+H2Oƒ [ Al(OH)4]-+H+ K1 =4×10-13；H2CO3ƒH2O +CO2 K2 =600； K al(H2CO3) =4.2×10-7、K a2(H2CO3) =5.6×10-11]。

【答案】表面出现结晶薄膜 3 2Al2(SO4)3+3C 焙烧
2Al2O3+3CO2↑+6SO2↑取粗氧化铝少
许于试管中加稀硫酸溶解，静置，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则粗氧化铝中含有Fe2O3杂质 Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O=2NaHCO3+SiO2∙nH2O↓ 1.75×103
【解析】
【分析】
粉煤灰主要成分有Al2O3、SiO2，还含有少量Fe2O3、CaO等，加入浓硫酸反应生成硫酸铝，水浸主要得到SiO2高硅渣，滤液经过结晶脱水得到硫酸铝，硫酸铝与焦炭反应生成粗氧化铝，验证粗氧化铝是否含有氧化铁，先将物质溶于稀硫酸后加KSCN溶液，观察现象；向硅酸钠溶液中通入足量二氧化碳反应生成碳酸氢钠和白炭黑SiO2∙nH2O。

【详解】
(1)“结晶”操作：缓缓加热，浓缩至表面出现结晶薄膜，放置冷却，得到Al2(SO4)3∙18H2O；故答案为：表面出现结晶薄膜。

(2)假设100gAl2(SO4)3∙18H2O在250 ~300℃下失重40.5%，剩余100g×(1−40.5%)=59.5g
Al2(SO4)∙xH2O，
666342+18x
=
100g59.5g
，解得x=3；故答案为：3。

(3)根据“还原焙烧”产物之一经过烟气制酸，硫酸铝和碳“还原焙烧”生成氧化铝、二氧化碳
和二氧化硫，发生反应的化学方程式为2Al2(SO4)3+3C 焙烧
2Al2O3+3CO2↑+6SO2↑；故答案
为：2Al2(SO4)3+3C 焙烧
2Al2O3+ 3CO2↑ + 6SO2↑。

(4)实验检验粗氧化铝中是否含有Fe2O3，将粗品溶于稀硫酸中，利用生成的铁离子与KSCN 溶液反应是否有红色物质生成；故答案为：取粗氧化铝少许于试管中加稀硫酸溶解，静置，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则粗氧化铝中含有Fe2O3杂质。

(5)向硅酸钠溶液中通入过量CO2生成碳酸氢钠和白炭黑SiO2∙nH2O，其化学方程式为
Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O=2NaHCO3+SiO2∙nH2O↓；故答案为：Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O =
2NaHCO3+SiO2∙nH2O↓。

(6)①Al(OH)3+H2Oƒ[ Al(OH)4]－+H+，②H2CO3ƒH2O +CO2，③H2CO3ƒHCO3－+H+，根据盖斯定律③−①−②得到[Al(OH)4]－+CO2 =Al(OH)3↓+ HCO3－，方程式相减，平衡常数相除，因
此[Al(OH)4]－+CO2 =Al(OH)3↓+ HCO3－平衡常数为
7
3
13
4.210
1.7510
410600
=
K
-
-
=
⨯
⨯
⨯
⨯
；故答案
为：1.75×103。

7．某Al2O3样品中含有一定量的Cu、Fe、Fe2O3杂质。

现通过下列生产过程，从该样品中提纯Al2O3，并回收铁红。

流程如下：
(1)操作①是_________，在实验室进行该操作需要的玻璃仪器有_________。

(2)白色固体②是_________，样品和试剂①反应的化学方程式是_________。

(3)固体①加入适量稀盐酸，可能发生的反应有：_______(用化学方程式表达)。

(4)溶液③中铁元素的存在形式是_________，如何用实验证明：____。

(5)溶液③中通入某气体，该气体可以是_________(任写一种的化学式)，红褐色固体制得铁红的化学方程式是_________。

【答案】过滤烧杯、漏斗、玻璃棒 Al(OH)3 Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、2FeCl3+Fe=3FeCl2、Fe+2HCl=FeCl2+H2↑ Fe2+取少量溶液于试管中，滴入KSCN溶液无变化，滴加氯水后变血红色 O2或者Cl2 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O 【解析】
【分析】
Al2O3样品中含有一定量的Cu、Fe、Fe2O3杂质，根据题中流程图可知，样品与试剂①反应得溶液①再通入CO2得白色沉淀②，该白色固体加热分解产生Al2O3，可推知试剂①为NaOH，得到的固体①为Cu、Fe、Fe2O3，溶液①为NaAlO2、NaOH混合溶液，通入过量CO2后得溶液②为NaHCO3溶液，白色固体②为Al(OH)3，Al(OH)3受热分解得Al2O3，固体①中加入盐酸得到固体粉末中铁有剩余，由于Fe会发生反应2Fe3++Fe=3Fe2+，则溶液③中主要含有Fe2+，经过操作①得红褐色固体应为Fe(OH)3，所以通入的气体应为氧化剂，可以是O2或Cl2，氢氧化铁受热分解得Fe2O3。

【详解】
(1)操作①是分离难溶性固体与可溶性液体混合物的方法，名称为过滤；在实验室进行过滤操作需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；
(2)白色固体②受热分解产生Al 2O 3，则②是Al(OH)3，样品中含有Al 2O 3和试剂NaOH 溶液反应产生NaAlO 2和H 2O ，反应的化学方程式是Al 2O 3+2NaOH=2NaAlO 2+H 2O ；
(3)固体①中含有Al 2O 3、Cu 、Fe 、Fe 2O 3，加入适量稀盐酸，由于反应后的固体粉末中含有Fe 单质，则可能发生的反应有Fe 2O 3+6HCl=2FeCl 3+3H 2O 、2FeCl 3+Fe=3FeCl 2、
Fe+2HCl=FeCl 2+H 2↑；
(4)由于固体①中样品与适量盐酸反应后的固体粉末中含有Fe ，结合
Fe 2O 3+6HCl=2FeCl 3+3H 2O 、2Fe 3++Fe=3Fe 2+可知溶液③中铁元素的存在形式是Fe 2+，证明方法是：取少量该溶液于试管中，滴入KSCN 溶液无变化，滴加氯水后溶液变血红色；
(5)溶液③中含有Fe 2+，向溶液③通入某气体后再加入足量NaOH 溶液，产生红褐色的Fe(OH)3沉淀，该气体具有强的氧化性，气体可以是O 2或者Cl 2，红褐色固体Fe(OH)3不稳定，受热分解产生铁红Fe 2O 3，该反应的化学方程式是2Fe(OH)3
Fe 2O 3+3H 2O 。

【点睛】
本题以从Al 2O 3样品中提取氧化铝的工艺流程为线索，考查了氧化还原反应、化学试剂的使用、混合物的分离，正确理解制备流程及反应原理为解答关键，注意掌握铝及其化合物性质和转化关系，试题侧重考查学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力。

8．我国某地粉煤灰中主要含有Al 2O 3，除此之外还含有Ga 2O 3及少量Fe 2O 3、CaO 、MgO 和SiO 2等物质。

已知从粉煤灰中回收铝并提取镓的工艺流程如下所示：
回答下列问题：
（1）焙烧前，应将粉煤灰与纯碱粉末充分混合，其原因是____；混合焙烧时，Al 2O 3、Ga 2O 3均发生类似于SiO 2的反应，试写出Ga 2O 3在此过程中发生反应的化学方程式：____。

（2）滤渣的成分是____ ；含铝混合液中除了大量A13+之外，还有Fe 3+和少量Mg 2+，由混合液制取纯净Al (OH )3的实验方案是_____。

（3）洗脱液中往往还有少量Fe 3+，需要进一步分离。

若使Fe 3+恰好完全沉淀[c (Fe 3+)= l×l0-5mol·L -l ]时，Ga 3+浓度至少为_____mol·L -l 才会开始沉淀。

（已知：
[][]-34-3833sp Ga(OH)=1.410sp Fe(OH)=4.010K K ⨯⨯，。

）
（4）电解过程中，Ga 3+与NaOH 溶液反应生成GaO 2-，GaO 2-在阴极放电，则电解方程式为____；电解过程中需要保持溶液为pH=11以上的原因是 ___。

【答案】增大反应物接触面积，加快化学反应速率 Ga 2O 3+Na 2CO 3=焙烧
2NaGaO 2+CO 2↑ H 2SiO 3或H 4SiO 4 向混合液中加入过量NaOH ，过滤，向滤液中通入足量CO 2，再过滤
3.5×10-2mol/L --2224GaO +2H O =4Ga+3O +4OH ↑通电 抑制-2GaO 水解，并阻止H +在阴极放电降低电解效率
【解析】
【分析】
混合焙烧时，Al2O3、Ga2O3、SiO2与Na2CO3反应，生成可溶性盐NaAlO2、NaGaO2、
Na2SiO3，CaO、MgO、Fe2O3不发生反应；将固体溶解，MgO、Fe2O3不溶于水，CaO溶于水生成Ca(OH)2，溶液中溶质为Ca(OH)2、NaAlO2、NaGaO2、Na2SiO3、Na2CO3；加入盐酸后，溶液中溶质为FeCl3、MgCl2、CaCl2、AlCl3、GaCl3、NaCl，生成的硅酸不溶，滤渣为
H2SiO3或H4SiO4，然后将滤液进行树脂吸附，得到含铝混合液和洗脱液，然后将洗脱液中的Fe3+除去，最终通过电解-
2
GaO制备Ga。

【详解】
（1）将粉煤灰与纯碱粉末充分混合，可以增大反应物接触面积，加快化学反应速率；SiO2与Na2CO3固体在加热条件下能够生成Na2SiO3、CO2，因此Ga2O3在此过程中发生反应的化学方程式为：Ga2O3+Na2CO3=焙烧2NaGaO2+CO2↑；
（2）由上述分析可知，滤渣为：H2SiO3或H4SiO4；Al(OH)3为两性氢氧化物，能溶于强碱溶液，而Fe(OH)3、Mg(OH)2不溶于强碱溶液，因此可将Al元素转化为偏铝酸盐，然后通入CO2制取纯净的Al(OH)3，实验方案为：向混合液中加入过量NaOH，过滤，向滤液中通入足量CO2，再过滤；
（3）当c(Fe3+)恰好为l×l0-5mol·L-l时，()
() (
)
38
sp3
-3
3
5
3
Fe OH410
OH=mol/L
110
Fe
K
c
c
-
-
+
⎡⎤⨯
⎣⎦=
⨯
，若此时Ga3+恰好开始沉淀，则
()()
()
34
sp3
32
38
3-
5
Ga OH 1.410
Ga=mol/L=3.510mol/L
410
OH
110
K
c
c
-
+-
-
-
⎡⎤⨯
⎣⎦
=⨯
⨯
⨯
；
（4）电解过程中，-
2
GaO中Ga元素从+3价降低至0价，发生还原反应生成Ga，阳极为
水失去电子生成氧气，电解总反应为：--
222
4GaO+2H O=4Ga+3O+4OH
↑
通电
；-
2
GaO属于弱酸阴离子，能够发生水解生成Ga(OH)3，会降低产率，若溶液酸度过高，则溶液中H+可能会发生还原反应生成H2，会降低阴极电解效率。

9．近两年来无人驾驶汽车的大热使得激光雷达成为人们关注的焦点，激光雷达的核心部件
需要一种氮化铝(A1N)导热陶瓷片。

下图是从铝土矿(主要成分为A12O3,还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质)中提取A12O3并生产A1N的工艺流程：
(1)“溶解”时，已知溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠可发生反应：2Na2SiO3+2NaA1O2+2H2O===
Na 2Al 2Si 2O 8↓ +4NaOH 。

赤泥的主要成分除了生成的Na 2Al 2Si 2O 8还有________(写出化学式)，Na 2Al 2Si 2O 8用氧化物的形式表示为
______________________________________________________。

(2) “酸化”时通入过量CO 2与NaA1O 2反应生成NaHCO 3 和另一种白色沉淀，试写出该反应的化学方程式________________________________；实验室过滤需用到的玻璃仪器有烧杯、_____________________、玻璃棒。

(3)“还原”时，炭黑在高温下被氧化为CO,反应的化学方程式为_____________；
(4)已知：AlN+NaOH + H 2O===NaA1O 2+NH 3 ↑。

现取氮化铝样品5.0 g(假设杂质只含有炭黑)加到100 mL 1. 0 mol • L -1的NaOH 溶液中恰好反应完，则该样品中A1N 的质量分数为 ___________________。

【答案】Fe 2O 3 Na 2O•Al 2O 3•2SiO 2 NaAlO 2＋CO 2＋2H 2O===Al(OH)3↓＋NaHCO 3 漏斗 Al 2O 3＋N 2＋3C
2AlN ＋3CO ↑ 82%
【解析】
【分析】
铝土矿(主要成分为A12O 3,还含有少量SiO 2、 Fe 2O 3等杂质)，铝土矿中加入氢氧化钠溶液，SiO 2和A12O 3溶于氢氧化钠溶液，溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠发生反应：
2Na 2SiO 3+2NaA1O 2+2H 2O=== Na 2Al 2Si 2O 8↓ +4NaOH ，氧化铁不溶于氢氧化钠溶液，所以过滤得到的赤泥为Fe 2O 3、Na 2Al 2Si 2O 8，滤液主要为偏铝酸钠溶液，偏铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳酸化得到的沉淀为氢氧化铝，过滤得到的滤液主要为NaHCO 3溶液，氢氧化铝灼烧得到氧化铝，氧化铝、碳黑、氮气在高温下生成氮化铝，同时碳被氧化为CO ，据此解答此题。

【详解】
（1）氧化铁与氢氧化钠不反应，则赤泥的主要成分为Fe 2O 3、Na 2Al 2Si 2O 8，Na 2Al 2Si 2O 8用氧化物的形式表示为Na 2O•Al 2O 3•2SiO 2；
答案为：Fe 2O 3 ；Na 2O•Al 2O 3•2SiO 2 ；
（2）“酸化”时通入过量CO 2与NaA1O 2反应生成Al(OH)3，反应的化学方程式为：NaAlO 2＋CO 2＋2H 2O===Al(OH)3↓＋NaHCO 3；实验室过滤需用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒； 答案为：NaAlO 2＋CO 2＋2H 2O===Al(OH)3↓＋NaHCO 3；漏斗；
（3）氧化铝、碳黑、氮气在高温下生成氮化铝，同时碳黑被氧化为CO ，反应的化学方程式为：Al 2O 3＋N 2＋3C
2AlN ＋3CO ↑； 答案为：Al 2O 3＋N 2＋3C 2AlN ＋3CO ↑；漏斗； （4）加到100 mL 1. 0 mol • L -1的NaOH 溶液中恰好反应完，则
n(NaOH)=0.1L ⨯1.0mol/L=0.1mol ，根据反应AlN+NaOH + H 2O===NaA1O 2+NH 3 ↑可知，n(AlN)= n(NaOH)=0.1mol ，所以AlN 的质量分数为：
0.141100%82%5
⨯⨯= ； 答案为：82%；
10．工业上用铝土矿(主要成分为 )提取氧化铝作冶炼铝的原料，提取的操作过程如下：
（1）反应1结束后的操作名称为_______。

（2）滤渣的主要成分是___________________。

（3）反应2中通入的过量气体为________
a. 二氧化碳
b.氨气
c.氮气
（4）写出B煅烧生成Al2O3的化学反应方程式：_______________________。

【答案】过滤氧化铁 a 2Al(OH)3Δ
Al2O3 + 3H2O
【解析】
【分析】
铝土矿加入氢氧化钠溶液，氧化铝、二氧化硅与氢氧化钠反应，氧化铁不与氢氧化钠反应，过滤，得到滤渣氧化铁，滤液主要是偏铝酸钠和硅酸钠，向滤液中加入氧化钙，得到硅酸钙沉淀，过滤，向滤液中通入二氧化碳得到碳酸氢钙和氢氧化铝，过滤，B为氢氧化铝，再煅烧得到氧化铝。

【详解】
⑴根据操作后得到滤液和滤渣说明反应1结束后的操作名称为过滤；故答案为：过滤。

⑵氧化铁不与氢氧化钠反应，因此滤渣的主要成分是氧化铁；故答案为：氧化铁。

⑶滤液II是偏铝酸根，因此通入过量二氧化碳与偏铝酸根生成氢氧化铝沉淀；故答案为：a。

⑷B为氢氧化铝，煅烧生成Al2O3的化学反应方程式：2Al(OH)3Δ
Al2O3 + 3H2O；故答案为：
2Al(OH)3Δ
Al2O3 + 3H2O。