Question

8．硝酸鋁[Al（NO₃）₃]是一種常用媒染劑．工業(yè)上用鋁灰（主要含Al、Al₂O₃、Fe₂O₃等）制取硝酸鋁晶體[Al（NO₃）₃•9H₂O]的流程如圖甲：

（1）寫出反應(yīng)Ⅰ的離子方程式：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑（或Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O）（任寫一個(gè)）．
（2）若在實(shí)驗(yàn)室中完成反應(yīng)Ⅱ，為避免鋁的損失，需要解決的問(wèn)題是如何控制反應(yīng)終點(diǎn)（或硝酸的用量），可采取的措施為將加入稀硝酸改為通入過(guò)量CO₂．
（3）上述流程中采用減壓蒸發(fā)，并控制反應(yīng)Ⅲ中加入的稀硝酸稍過(guò)量，其目的是抑制硝酸鋁水解．
（4）溫度高于200℃時(shí)，硝酸鋁完全分解成氧化鋁和兩種氣體（其體積比為4：1），該反應(yīng)的化學(xué)方程式是4Al（NO₃）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+12NO₂↑+3O₂↑．
（5）若用圖乙所示實(shí)驗(yàn)裝置制取Al（NO₃）₃，通入水蒸氣的作用是提高溫度、攪拌，加快反應(yīng)速率．

Answer 1

分析 鋁灰用氫氧化鈉溶液溶解，鋁、氧化鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不反應(yīng)，過(guò)濾分離，濾液中含有偏鋁酸鈉、未反應(yīng)的NaOH，加入硝酸中和未反應(yīng)的氫氧化鈉，并將偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，再過(guò)濾分離，氫氧化鋁沉淀再用硝酸溶解，得到硝酸鋁溶液，經(jīng)過(guò)減壓蒸發(fā)得到硝酸鋁晶體．
（1）反應(yīng)Ⅰ涉及：鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與水；
（2）硝酸屬于強(qiáng)酸，可以溶解氫氧化鋁沉淀，導(dǎo)致Al元素?fù)p失，應(yīng)控制硝酸用量，可以利用弱酸將偏鋁酸根轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀而不溶解；
（3）硝酸鋁容易發(fā)生水解，從抑制硝酸鋁水解進(jìn)行分析解答；
（4）溫度高于200℃時(shí)，硝酸鋁完全分解成氧化鋁和兩種氣體，兩種氣體應(yīng)是二氧化氮與氧氣，二者體積之比為4：1，滿足原子守恒與電子轉(zhuǎn)移守恒；
（5）水蒸氣溫度較高，且可以起攪拌作用，可以加快反應(yīng)速率．

解答 解：鋁灰用氫氧化鈉溶液溶解，鋁、氧化鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不反應(yīng)，過(guò)濾分離，濾液中含有偏鋁酸鈉、未反應(yīng)的NaOH，加入硝酸中和未反應(yīng)的氫氧化鈉，并將偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，再過(guò)濾分離，氫氧化鋁沉淀再用硝酸溶解，得到硝酸鋁溶液，經(jīng)過(guò)減壓蒸發(fā)得到硝酸鋁晶體．
（1）反應(yīng)Ⅰ涉及：鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與水，反應(yīng)方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑（或Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O）；
（2）硝酸屬于強(qiáng)酸，可以溶解氫氧化鋁沉淀，導(dǎo)致Al元素?fù)p失，需要解決的問(wèn)題是：如何控制反應(yīng)終點(diǎn)（或硝酸的用量），可以將加入稀硝酸改為通入過(guò)量CO₂，避免氫氧化鋁沉淀溶解；
故答案為：如何控制反應(yīng)終點(diǎn)（或硝酸的用量）；將加入稀硝酸改為通入過(guò)量CO₂；
（3）硝酸鋁容易發(fā)生水解，減壓蒸餾可以降低溫度、反應(yīng)Ⅲ中加入的稀硝酸稍過(guò)量，都可以抑制硝酸鋁水解，
故答案為：抑制硝酸鋁水解；
（4）溫度高于200℃時(shí)，硝酸鋁完全分解成氧化鋁和兩種氣體，兩種氣體應(yīng)是二氧化氮與氧氣，二者體積之比為4：1，滿足原子守恒與電子轉(zhuǎn)移守恒，反應(yīng)方程式為：4Al（NO₃）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+12NO₂↑+3O₂↑，
故答案為：4Al（NO₃）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+12NO₂↑+3O₂↑；
（5）由于水蒸氣溫度較高，可以升高反應(yīng)體系的溫度，且可以起攪拌作用，可以加快反應(yīng)速率，
故答案為：提高溫度、攪拌，加快反應(yīng)速率．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)制備方案，側(cè)重考查是對(duì)工藝流程的理解、分析與評(píng)價(jià)，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備知識(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用的能力，難度中等．