2017-2018高中化学竞赛辅导(试题、讲解及答案)--铝镓铟铊及其化合物(word版附答案)

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 －Al 2O 3 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 －Al 2O 3 的反应方程式。

2．AlF 3 不溶于 HF （l ）中，但当 NaF 加入 HF （l ）中，AlF 3 就可以溶解。再把 BF 3 加入 AlF 3 的 NaF －HF 溶液中。AlF 3 又沉淀出来。试解释原因。

3．泡沫灭火机内含浓 NaHCO 3 液（置于铁桶内）和浓 Al 2(SO 4)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 NaHCO 3 液体积和 Al 2(SO 4)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 Al 2(SO 4)3 液还是 NaHCO 3 液稍过量更好些？

（3）因 Na 2CO 3 的价格便宜，有人建议用等浓度（mol/L ）、等体积 Na 2CO 3 代替 NaHCO 3， 请 评价此建议。

（4）有人建议：把浓 Al 2(SO 4)3 液置于铁桶内（溶液体积扩大了 5 倍），而把所需固体 NaHCO 3 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 Al 2M g 6(OH)16CO 3·4H 2O ，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．简要推测其溶解度和酸反应的性质；

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。

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

[Mg 6Al 2(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 [CO 32 － ＋4H 2O]2 －，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。

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 Fe 2O 3 和 SiO 2），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。

2．为什么金的回收率比铝的回收率要大得多？

3．常温下，SiO 2 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 Al 2O 3。试设计一个适用于工业生产上提纯 Al 2O 3 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）

5．在 1.01×105P a ，27℃时，每产生 1mol ，理论上在阳极生成 O 2 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）

中可能存在链状离子[Al Cl ]

－，试画出其结构。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。

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。

7．工业电解 NaCl －AlCl 3 体系铝工艺如下：用氧化铝或铝硅酸盐为原料，制得 AlCl 3，再 以 无水 AlCl 3 为原料，制备 AlCl 3 离子型液体（AlCl 3－MCl ，M 为碱金属或有机阳离子），以此 AlCl 3 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AlCl 4 －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）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，AlCl －MCl 3

（4）电解 AlCl 3－MCl 熔体制铝比电解 Al 2O 3－Na 3AlF 6 制铝节省电能约 30%。为什么现仍用后一种方法制铝？