Question

【題目】鹽酸法是在一定溫度下鹽酸與鋁土礦、高嶺土或粉煤灰等固體中的活性Al2O3發(fā)生反應制備Al2O3的工藝。氯化鋁溶液可通過蒸發(fā)結(jié)晶生成結(jié)晶氯化鋁，進而焙燒得到氧化鋁；也可利用氯化鋁在酸溶液中的溶解度隨著鹽酸濃度的升高而急劇降低的特點，生成氯化鋁晶體，從而焙燒得到氧化鋁。圖1是我國某公司研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“一步酸溶法”工藝流程。

回答下列問題:

(1)“氯化鋁在酸溶液中的溶解度隨著鹽酸濃度的升高而急劇降低”的原因是________________________________________________________(結(jié)合必要的化學方程式說明)。

(2)精制液蒸發(fā)結(jié)晶后分離出純凈結(jié)晶氯化鋁的操作名稱是_______,用_____洗滌。

(3)寫出結(jié)晶氯化鋁(AlCl3·6H2O)焙燒的化學方程式:_____________________________。

(4)工業(yè)上冶煉金屬鋁的方法是電解熔融的_______(填化學式)，電解過程中作陽極的石墨易消耗，原因是___________________________。

(5)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_______________________________________。

Answer 1

【答案】 AlCl3溶液中存在水解平衡AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl，及結(jié)晶溶解平衡AlCl3(s)Al3+(aq)+3Cl-(aq)，鹽酸濃度越大，兩平衡都向左移動，AlCl3溶解度越小 過濾 濃鹽酸 2(AlCl3·6H2O) Al2O3+6HCl+9H2O Al2O3 石墨電極被陽極上產(chǎn)生的O2氧化 NH4Cl分解產(chǎn)生的HCl能夠破壞Al表面的Al2O3薄膜

【解析】(1) AlCl3溶液中存在水解平衡AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl，及結(jié)晶溶解平衡AlCl3(s)Al3+(aq)+3Cl-(aq)，鹽酸濃度越大，氫離子、氯離子濃度均增大，兩平衡都向左移動，AlCl3溶解度越小，所以氯化鋁在酸溶液中的溶解度隨著鹽酸濃度的升高而急劇降低；正確答案：AlCl3溶液中存在水解平衡AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl，及結(jié)晶溶解平衡AlCl3(s)Al3+(aq)+3Cl-(aq)，鹽酸濃度越大，兩平衡都向左移動，AlCl3溶解度越小。

(2)固液分離采用過濾操作，因此精制液蒸發(fā)結(jié)晶后分離出純凈結(jié)晶氯化鋁的操作是過濾；由于氯化鋁溶液水解顯酸性，濃鹽酸能抑制其水解，洗滌時減小氯化鋁晶體的損失；正確答案：過濾； 濃鹽酸。

(3) 氯化鋁(AlCl3·6H2O)加熱后水解生成氫氧化鋁，氫氧化鋁灼燒后生成氧化鋁，化學方程式：2(AlCl3·6H2O) Al2O3+6HCl+9H2O；正確答案：2(AlCl3·6H2O) Al2O3+6HCl+9H2O。

(4)金屬鋁活潑性較強，工業(yè)上用電解熔融的氧化鋁得到金屬鋁，陽極發(fā)生極反應為：2O2—-4e-=O2↑，反應生成的氧氣與石墨(主成分為碳)電極發(fā)生反應生成二氧化碳，造成陽極的石墨被消耗；正確答案：Al2O3 ；石墨電極被陽極上產(chǎn)生的O2氧化。

(5)鋁表面有氧化膜（Al2O3）， NH4Cl分解產(chǎn)生的HCl能夠與Al2O3反應，Al表面的Al2O3薄膜被反應掉，有利于鋁粉與氮氣反應生成AlN；正確答案：NH4Cl分解產(chǎn)生的HCl能夠破壞Al表面的Al2O3薄膜。