專題-金屬鎂、鋁工藝流程訓練(解析版)

專題金屬鎂、鋁工藝流程訓練1.從海水中提取鎂的工藝流程如圖所示：下列說法錯誤的是()A．用此法提取鎂的優(yōu)點之一是原料來源豐富B．步驟⑥電解MgCl2時陰極產(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、分解和復分解反應答案：B【解析】電解MgCl2時，陽極產(chǎn)生Cl2；加熱脫水過程中Mg2＋能水解生成Mg(OH)2，為防止Mg2＋水解，應在HCl氣體氛圍中脫水；①、③、⑥分別為化合反應、復分解反應、分解反應。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①過濾后所得沉淀為氫氧化鐵C．圖中所示轉化反應都不是氧化還原反應D．反應②的化學方程式為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錯誤；反應①過濾后所得沉淀為Fe2O3，B錯誤；電解氧化鋁制鋁的反應是氧化還原反應，C錯誤。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．通入過量CO2發(fā)生反應的離子方程式為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態(tài)可用鹽酸和KMnO4溶液檢驗答案：B【解析】灼燒固體需要用坩堝，A項錯誤；堿溶時，Al2O3與NaOH反應生成NaAlO2，通入過量CO2，轉化為Al(OH)3沉淀，反應的離子方程式為AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3＋HCOeq\o\al(－,3)，B項正確；操作Ⅱ后的濾渣表面有NaHCO3溶液，可用Ca(OH)2溶液檢驗是否洗滌干凈，C項錯誤；操作Ⅰ后的濾渣中鐵元素是＋2價，應先用酸溶解，鹽酸與KMnO4溶液反應，故應選用稀硫酸溶解，D項錯誤。3.鎵(Ga)與鋁同主族，曾被稱為“類鋁”，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可與鹽酸反應生成GaCl3 C．Ga(OH)3可與NaOH反應生成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項正確；Ga2O3與Al2O3的性質(zhì)具有相似性，可與鹽酸反應生成GaCl3，B項正確；Ga(OH)3與Al(OH)3的性質(zhì)相似，能與NaOH溶液反應生成NaGaO2，C項正確；向NaAlO2和NaGaO2的混合液中通入適量CO2，只有Al(OH)3沉淀，而沒有Ga(OH)3沉淀，說明酸性：Ga(OH)3>H2CO3>Al(OH)3，D項錯誤。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)反應生成氫氧化鋁C．圖中所示轉化反應中包含2個氧化還原反應D．將X與Y試劑進行對換，最終可以達到相同結果答案：A【解析】B項，若試劑Y是HCl，它與AlOeq\o\al(－,2)反應生成Al3＋，錯誤；C項，圖中所示轉化只有一步是氧化還原反應2Al2O3eq\o(=,\s\up7(電解))4Al＋3O2↑，錯誤；D項，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，通入過量二氧化碳氣體，發(fā)生反應：NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3，不能對換，錯誤。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、放熱反應B．“過濾器”的母液中主要是CaCl2溶液，可直接返回海洋C．“中和”時反應的離子方程式為H＋＋OH－=H2OD．電解槽中發(fā)生反應的化學方程式為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堿溶時轉化為鋁硅酸鈉沉淀) 下列敘述錯誤的是() A．操作Ⅰ增大NaOH溶液用量可提高Al2O3的浸取率 B．操作Ⅱ、Ⅲ為過濾，操作Ⅳ為灼燒 C．通入過量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為過濾，操作Ⅱ濾去的濾渣為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.無水AlCl3易升華，可用作有機合成的催化劑等。工業(yè)上以鋁土礦(Al2O3、Fe2O3)為原料制備無水AlCl3的工藝流程如下：(1)氯化爐中Al2O3、Cl2和C反應的化學方程式為________________________________。(2)用Na2SO3溶液可除去冷卻器排出的尾氣中的Cl2，此反應的離子方程式為：______________。(3)升華器中主要含有AlCl3和FeCl3，需加入少量Al，其作用是________________。(4)為測定制得的無水AlCl3產(chǎn)品(含雜質(zhì)FeCl3)的純度，稱取16.25g無水AlCl3樣品，溶于過量的NaOH溶液中，過濾出沉淀物，沉淀物經(jīng)洗滌、灼燒、冷卻、稱重，得其質(zhì)量為0.32g。①寫出上述除雜過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)是一種復鹽,在造紙等方面應用廣泛。實驗室中,采用廢易拉罐(主要成分為Al,含有少量的Fe、Mg雜質(zhì))制備明礬的過程如圖所示?；卮鹣铝袉栴}:(1)為盡量少引入雜質(zhì),試劑①應選用(填標號)。

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

(3)沉淀B的化學式為;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,應選擇NaOH溶液,以溶解Al,過濾出Fe、Mg。(2)易拉罐溶解過程中,Al與NaOH溶液發(fā)生反應。(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: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(填化學式,下同),沉淀⑥是。

(3)流程二中,加入燒堿溶解SiO2的化學方程式為。

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

(5)在電解氧化鋁制取金屬鋁的反應中,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)能與堿反應生成鹽和水的氧化物屬于酸性氧化物,如SiO2;能與酸反應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能和鹽酸反應而溶解,濾液②中含有Al3+、Fe3+和Mg2+,加入過量氫氧化鈉溶液,分別轉化為偏鋁酸鈉、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中通入過量二氧化碳,與偏鋁酸鈉反應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、偏鋁酸鈉和過量的氫氧化鈉,向其中加入過量鹽酸,反應生成硅酸沉淀和氯化鋁溶液,濾液⑨中主要含有氯化鈉、氯化鋁和過量的鹽酸,鹽酸和氯化鋁都能與氨水反應,反應的離子方程式為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。 回答有關問題：(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_________和_________(填化學式)。(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)會產(chǎn)生污染性氣體NOx會引入雜質(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是因為會產(chǎn)生污染性氣體NOx，也會引入雜質(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＋反應使溶液堿性增強，Al3＋和Fe3＋轉化為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的方法進行冶煉。11.輕質(zhì)氧化鎂是新型功能復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，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反應的化學方程式為__________________________；濾渣I的主要成分為________和________(填化學式)。(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________(填“增大”“不變”或“減小”)。(4)沉鎂時發(fā)生反應的離子方程式為_________________________________________。(5)流程中“焙燒”操作若在實驗室中進行，樣品應放在________中加熱(填儀器名稱)，當________________________________________時，說明固體樣品已分解完全。答案：(1)將菱鎂礦粉碎、適當提高酸溶時的溫度；適當延長酸溶時間、溶解過程中不斷攪拌、多次浸取、減小菱鎂礦的顆粒度等(任寫一條)(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)坩堝前后兩次稱量固體的質(zhì)量不變(或前后兩次稱量固體質(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)駶櫟募t色石蕊試紙變藍。鋁灰在90℃水解生成A的化學方程式為______________________；“水解”采用90℃而不在室溫下進行的原因是____________ ___________________________________________________________________________。(2)“酸溶”時，Al2O3發(fā)生反應的離子方程式為___________________________________。(3)“氧化”時，發(fā)生反應的離子方程式為________________________________________。(4)“廢渣”成分為________(填化學式)。(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)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，說明生成的是氨氣，鋁灰中的AlN和水發(fā)生水解反應生成氫氧化鋁沉淀和氨氣，反應的化學方程式為AlN＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(90℃))Al(OH)3＋NH3↑，加熱可以促進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，酸溶時和鹽酸發(fā)生反應生成氯化鋁溶液，其反應的離子方程式為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氧化性氧化亞鐵離子為鐵離子，反應的離子方程式為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，化學式為Fe(OH)3。 (5)鋁鞣劑主要成分為Al(OH)2Cl，在加熱蒸發(fā)時會發(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”時轉化為鋁硅酸鈉沉淀。(1)“堿溶”時生成偏鋁酸鈉的離子方程式為_______________。(2)向“過濾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，電解過程中作陽極的石墨易消耗，原因是________________。(4)鋁粉在1000℃時可與N2反應制備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溶液中會溶解生成NaAlO2。(2)加入的NaHCO3與過量的NaOH反應，導致溶液的pH減小。(3)電解Al2O3時生成O2，O2會氧化石墨。(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)是一種復鹽，在造紙等方面應用廣泛。實驗室中，采用廢易拉罐(主要成分為Al，含有少量的Fe、Mg雜質(zhì))制備明礬的過程如下圖所示?；卮鹣铝袉栴}：eq\x(易拉罐)eq\o(→,\s\up11(試劑①),\s\do4(微熱，過濾))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)