19：铝镓铟铊及其化合物

（3）因 Na2CO3 的价格便宜，有人建议用等浓度（mol/L） 、等体积 Na2CO3 代替 NaHCO3， 请评价此建议。
（ 4） 有人建议： 把浓 Al2(SO4)3 液置于铁桶内 （溶液体积扩大了 5 倍） ， 而把所需固体 NaHCO3 置于玻璃瓶中。请评价此建议。
第二题（7 分）一种铝盐的制备与性质 铝碳酸镁是一种天然矿物，其结构式为 Al2Mg6(OH)16CO3·4H2O，它最早是由 Feitknecht 等人在 1942 年发现的。它最广泛、最主要的用途是作为新型抗酸药，用于治疗胃溃疡、十二 脂肠溃疡、胃酸过多症及胃炎等。 1．试用氢氧化铝和氢氧化镁等试剂写出制备铝碳酸镁的反应方程式；
（2） 写出 M 的化学式， 最后一步反应中加叔丁醇的作用何在？为何要加热才能制得半导体？
（3）写出各步的化学反应方程式。
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第六题（14 分）推断一种化合物 化合物 A 被誉为 21 世纪的“魔法石” ，这种物质可以把普通金属变成金子，或者说金钱； 它可以传送光线而不会将能量以热的形式浪费掉；它可以把手机信号扩大十倍，让电脑的速度 提高 1 万倍。A 由金属 B 和非金属 C 两种元素组成。 金属 B 是在闪锌矿中离析出的；也是化学史上第一个先从理论预言，后在自然界中被发现 验证的化学元素。金属 B 为蓝灰色固体，熔点 29.8℃，沸点 2403℃。B 在常温下几乎不受氧 和水的侵蚀，只在高温下才被氧化；它与稀酸作用缓慢，可溶于热的强酸及强碱中；B 的氧化 物和氢氧化物都是两性的，可溶于酸和碱中。 非金属元素 C 的核外轨道，双电子占据的轨道比单电子占据的轨道少 1 个。 1．写出 A 的化学式和 B、C 的电子构型；
2．列举单质 B 的 2 种用途；
3．单质 B 需密封保存，但不能存放在玻璃器皿中，解释不能存放的原因。
4．B 除能与 C 形成 A 外，还可以形成另三种类似物，它们的组成和性质都有相似之处。 写出这三种物质的化学式。
5．A 有多种方法进行制备，分别写出反应方程式。 （1）B 的甲基化合物和 C 的氢化物反应；
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1．如何控制 Al3 与羟基喹啉反应时溶液的 pH＝9.0？
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2．写出铝离子与 8－羟基喹啉反应的离子方程式，并明确写出产物的结构，指出是何类化 合物；
3．写出生成溴的反应的离子方程式和溴与 8－羟基喹啉反应的化学方程式；
（2）B 的氯化物和 C 的碱金属化合物反应；
（3）B 的偏酸粉末与 C 的氢化物反应；
B 的氧化物和 C 的氢化物以及碳反应 CO、 H2 的物质的量比是 1︰1︰5） （ 4） （产物中 H2O、 6．通过 X 射线衍射和扫描电镜研究发现，A 粉末是六角纤锌矿结构的粒状微晶，其晶格 常数 a 和 c 分别为 0.3191nm 和 0.5192nm。计算 A 的密度。
3．无水三氯化铝接触潮气会生成白色烟雾，写出最主要发生的反应方程式。
4．实验室中可用铝和氯化氢在加热条件下制备三氯化铝，写出反应方程式和制备和收集 操作中的要点。
5．写出工业上用碳氯化法制取三氯化铝的反应方程式。
6．用氧化铝和四氯化碳反应也可制备三氯化铝，反应中有气体副产物产生，该气体有聚 毒，易水解。写出制备反应方程式。
4．由以上实验数据计算样品中 Al 的含量。
第八题（11 分）推断一种元素及其化合物 取 1.25g 的某化合物 A 溶于 2 倍 （物质的量） 的盐酸中。 将盐溶液的一半加入过量的碱中， 此时没有发生任何明显的变化。在对碱溶液缓慢酸化时，则析出沉淀，向另一半盐溶液中加入 等量的硝酸银，得到 5.74g 沉淀。沉淀上面溶液的焰色反应呈黄色。 1．试确定原化合物 A 的组成并写出上述各步反应的化学反应方程式。
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第五题（16 分）推断三组物质 1． 某短周期元素的氯化物 X， 其蒸汽折换成标准时密度约为 11.16g/L。 若将它投入到甲醇 CH3OH 中，可以从甲醇中结晶出 X·4CH3OH。 （1）确定 X 的分子式。
第三题（8 分）铝的回收方法 铝可以从铝土矿中获取。铝土矿是不纯净的铝的氧化物（杂质为 Fe2O3 和 SiO2） ，它是非 再生资源。假如我们对铝的消费保持现有的速度，我们能获得生产足够的铝所需的铝土矿仅能 维持 30 年左右。由此看来，保护现有自然资源和对非再生资源的再利用，是值得我们考虑的。 但在废物回收过程中，仍有相当大的难度，其关键的因素主要涉及旧金属的收集与其它废物的 分离、回收和提炼金属的费用、金属本身的价值等。 1．试说明回收铝的过程中存在的困难。
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（2）指出 X 的价电子构型和周期表中的位置；
（3）X 还可用于制造哪一类型的合金。
3．主族元素化学研究中继合成环铝氮烷后又一激动人心的进展是合成了半导体 M。M 在 现代电子技术中有着广泛的应用，M 可由下法制得：将 GaCl3 与 LiC5(CH3)5 以适当的比例混合 A 结构对称， 后发生反应， 生成 A 与 LiCl。 且由 4mo1 LiC5(CH3)5 生成 1mol A； 将[(CH3)3Si]3As 与 LiCH3 以物质的量比 1︰1 溶于四氢呋喃中发生反应生成 B 与 Si(CH3)4。B 中 As 以四配体存 在。再将 A、B 混合，反应后有 C、LiCl 及一液态物质生成。C 中 Ga、As 各自的部分键不变， 最后在 C 的戊烷溶液中加入叔丁醇分离出 M，将其在 500℃中加热两天便可得到半导体 M。 （1）写出 A、B、C 的结构式。
7．工业电解 NaCl－AlCl3 体系铝工艺如下：用氧化铝或铝硅酸盐为原料，制得 AlCl3，再 以无水 AlCl3 为原料，制备 AlCl3 离子型液体（AlCl3－MCl，M 为碱金属或有机阳离子） ，以此 AlCl3 离子型液体进行电解。 － （1）实验证明，在阳极发生的电解反应是 AlCl4 失去电子生成离子 Q，该离子中 Al 有一 种环境，Cl 有二种环境，经质谱检验，其质荷比 M/Z＝302.5，试画出该离子 Q 的结构式，并 写出生成 Q 的电极方程式。
2．简要推测其溶解度和酸反应的性质；
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3．在铝碳酸镁热分解过程中，第一次是失去镁铝水滑石晶体中间层中的结晶水，吸热分 解失重约为 12.0%，第二次热分解阶段是失去结构水、碳酸根分解，吸热分解失重约为 31.8%， 写出分解的产物。
2．为什么金的回收率比铝的回收率要大得多？
3．常温下，SiO2 同强碱或强酸是很难反应的。现利用盐酸、氢氧化钠溶液、氮气、二氧 化碳和水，从铝土矿中提取纯净的 Al2O3。试设计一个适用于工业生产上提纯 Al2O3 的实验方 案，用化学方程式表示提纯的过程。
4．制取 1mol Al 理论上需要多少库仑的电量？假定用 6V 的直流电源供电进行电解，制 2.7 吨铝需要多少千焦的电能？（请列式并计算）
第四题（15 分）氯化铝的性质 三氯化铝是有机合成的重要催化剂，也是制备其他铝化物的原料之一，其反应活性又与它 的状态及所用的反应溶剂有关，请问： 1．三氯化铝在有机合成中有什么重要用途
2．在不同形态下，无水氯化铝以多种微粒形态存在：如在晶态中以形式 X；在高于升华 温度气态中以形式 Y；在苯中也以形式 Y，但还有少量的 Z；在乙醚中以 W。写出 X、Y、Z、 W 的各形式。
5．在 1.01×105Pa，27℃时，每产生 1mol，理论上在阳极生成 O2 的体积为多少升？（请 列式并计算）
6．如果每度电的费用为 0.60 元，试计算生产厂家每生产 1 吨铝需付出的电费为多少元？ （请列式计算）
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4．铝碳酸镁与传统的抗酸药如氢氧化铝或碳酸镁相比，具有紧密的晶格结构，晶体中羟 基堆积形成密置双层，镁、铝离子以随机方式分布在八面体空隙中，形成带正电的基本层 ＋ － [Mg6Al2(OH)16]2 ，两个基本层之间夹以由碳酸根离子和水分子形成的带负电的中间层[CO32 2－ ＋4H2O] ，它们自身在胃内能形成 ① 体系。并且本品能使胃液的 pH 值在较长时间内维持在 ② 之间，被称为理想的中和胃酸药物。
3．泡沫灭火机内含浓 NaHCO3 液（置于铁桶内）和浓 Al2(SO4)3 液（置于玻璃瓶内） 。使 用时把灭火机倒置即有泡沫状物喷出，灭火。 （1）写出倒置灭火机时反应的化学方程式；
（2）灭火机内 NaHCO3 液体积和 Al2(SO4)3 液体积之比约 5︰1，请估计两种溶液浓度 （mol/L）之比约是多少？是 Al2(SO4)3 液还是 NaHCO3 液稍过量更好些？
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3．把过量的 X 元素的单质加入 NaOH 的液氨溶液中，可制得 C 溶液。经分析，C 中不含 有氧元素，其焰色反应为黄色，且 C 中阴离子为正四面体结构。试写出生成 C 的离子方程式。
元素化学 19：铝镓铟铊及其化合物
（时间：2.5 小时 满分：100 分） 第一题（6 分）一组铝化合物的问题 回答下列问题： 1．α－Al2O3 既难溶于酸、也难溶于碱，但高温下与某盐反应可转化为可溶物；所得产物 溶于适量水可结晶得到明矾。写出熔解α－Al2O3 的反应方程式。
2．AlF3 不溶于 HF（l）中，但当 NaF 加入 HF（l）中，AlF3 就可以溶解。再把 BF3 加入 AlF3 的 NaF－HF 溶液中。AlF3 又沉淀出来。试解释原因。
（2）生成的 Q 离子移动到阴极，并在阴极得电子生成 Al 单质。试写出电极方程式。
（3）据有关资料显示，当 Cl 含量较少时，AlCl3－MCl － 中可能存在链状离子[AlnCl3n＋1] ，试画出其结构。 （4）电解 AlCl3－MCl 熔体制铝比电解 Al2O3－Na3AlF6 制铝节省电能约 30%。为什么现仍用后一种方法制铝？
（2）已知 X 中同种类型的原子都等价，请你设计出 X 的分子结构式。 （3）试解释，为什么 X 投入到甲醇中后会析出组成为 X·4CH3OH 的分子式。
2．X 的单质是一种软的、白色的、较活泼的金属；该元素的克拉克值低、分布分散、绝 X 元素的世界储量不大， 大部分伴生在有色金属、 煤和铁矿中； 而我国的资源储量居世界前茅。 其化合物 XP、XAsyP1－y 是人们熟悉的半导体材料。X 在高价化合物中比在其低价化合物中稳 Cd0.5Ga2XS5 和 Hg0.8Ga1.6X1.2S5 定。 目前， 具有层状结构的特殊性能物质 （该金属的非整比化合物） 正在深入研究。 （1）写出 X 的元素符号和名称；
2．A 的阴离子的成酸元素 X 的单质能在氨气流中于 1050～1100℃加热 30 分钟可得到疏 松的灰色粉末 B。B 在半导体、光电子和感光材料等领域应用及其广泛。已知 B 的晶体属于纤 维矿 ZnS 型结构。B 较稳定，一般情况下只溶解在热的浓碱（如 NaOH）溶液中。试写出上述 两个化学反应方程式。
第七题（8 分）铝的定量分析 ＋ 在仅含有 Al3 一种金属离子的某样品水溶液中，在 pH＝9.0 条件下加入稍过量 ＋ 的 8－羟基喹啉（结构式如右图所示） ，使 Al3 定量地生成三喹啉铝沉淀。过滤并 洗去过量的 8－羟基喹啉，然后将沉淀溶于 2mol/L HCl 溶液中，即得 8－羟基喹啉 的酸溶液，用 15.00mL 0.1238mol/L KBrO3－KBr 标准溶液处理，产生的 Br2 与 8－ 羟基喹啉发生反应生成二溴羟基喹啉，反应完全后，再加入过量的 KI，最后用 0.1028mol/L Na2S2O3 标准溶液滴定，终点时用去 Na2S2O3 标准溶液 5.45mL。