课时检测(十八) 镁铝制取工艺
1．类推是化学学习和研究常用的重要思维方法，但所得结论要经过实践的检验才能确定其正确与否。根据你所掌握的知识，判断下列类推结论正确的是( )
A．Mg燃烧不能用CO2灭火，故Na燃烧也不能用CO2灭火
B．Al在O2中燃烧生成Al2O3，故Fe在O2中燃烧生成Fe2O3
C．CO2与Na2O2反应生成Na2CO3和O2，故SO2与Na2O2反应生成Na2SO3和O2
D．Al与NaOH溶液反应生成H2，故Mg与NaOH溶液反应也生成H2
2．镁、铝单质的化学性质以相似性为主，但也存在某些较大差异性，下列物质能证明二者存在较大差异性的是( )
①CO2 ②盐酸 ③NaOH溶液 ④醋酸
A．①④ B．②③ C．①③ D．②③④
3．下列离子方程式书写不正确的是( )
A．向硝酸铝溶液中通入过量氨气：
4NH3＋Al3＋＋4H2O===[Al(OH)4]－＋4NH
B．将铝片打磨后置于NaOH溶液中：
2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
C．向明矾溶液中加入过量的Ba(OH)2溶液：
Al3＋＋2SO＋2Ba2＋＋4OH－===2BaSO4↓＋[Al(OH)4]－
D．向Na[Al(OH)4]溶液中通入足量CO2：
[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
4．(2024年1月·九省联考安徽卷)研究发现由铝原子构成的Al、Al和Al团簇阴离子都能与水自发反应产生氢气。下列说法正确的是( )
A．Al、Al和Al互为同位素
B．Al与水反应时作还原剂
C．Al是由铝原子通过离子键结合而成
D．1 mol的Al含6.02×1023个电子
5．明矾[KAl(SO4)2·12H2O]是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。采用废易拉罐制备明矾的过程如图所示。下列叙述错误的是( )
A．合理处理废易拉罐有利于环境保护和资源再利用
B．从废易拉罐中可回收的金属元素有Al和Fe
C．“沉淀”中的金属离子为Fe3＋
D．上述流程中可用NaHSO4代替NaHCO3
6．从铝土矿(主要成分为Al2O3)中提取铝的工艺流程如图。下列说法不正确的是( )
A．从Na[Al(OH)4]→Al(OH)3→Al2O3的转化过程中涉及的反应均为非氧化还原反应
B．Al2O3与NaOH溶液反应的化学方程式：
Al2O3＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]
C．Na[Al(OH)4]生成Al(OH)3的离子方程式：
[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
D．电解熔融Al2O3阳极的电极反应式：
Al3＋＋3e－===Al
7．一种工业制备无水氯化镁的工艺流程如下：
下列说法错误的是( )
A．物质X常选用生石灰
B．工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁
C．“氯化”过程中发生的反应为MgO＋C＋Cl2MgCl2＋CO
D．“煅烧”后的产物中加稀盐酸，将所得溶液加热蒸发也可得到无水MgCl2
8．中国科学院金属研究所发现采用Na2SnO3和NaOH混合促进剂，可明显提高铝与水反应制氢系统的性能，制氢机理如图。Na2SnO3溶液显碱性，NA代表阿伏加德罗常数的值，下列说法不正确的是( )
A．1 L 0.1 mol·L－1 Na2SnO3溶液中阴离子数目大于0.1NA
B．该过程中存在6Al＋3Na2SnO3＋15H2O===3Sn＋6Na[Al(OH)4]＋3H2↑
C．标准状况下，反应过程中生成33.6 L H2，转移电子数目为9NA
D．Al Sn原电池的形成，能提高产氢速率，析氢反应主要发生在Sn上
9.已知：Mg能在NO2中燃烧，可能产物为Mg3N2、MgO和N2；Mg3N2容易与水反应。
(1)某实验小组探究Mg与NO2反应的固体产物成分，对固体产物提出三种假设。
假设Ⅰ：固体产物为MgO；
假设Ⅱ：____________________________________________________________；
假设Ⅲ：____________________________________________________________。
(2)该小组通过如下实验装置来验证Mg在NO2中燃烧的产物(夹持装置省略，部分仪器可重复使用)。
①实验装置连接的顺序为_____________________________________________(填字母)。
②B装置中盛装的试剂可以是______(填字母)。
a．浓硫酸 b．碱石灰
c．无水CaCl2 d．五氧化二磷
③确定产物中有N2生成的实验现象为_____________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)设计实验证明产物中存在Mg3N2：______________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)已知C装置中初始加入Mg粉的质量为13.2 g，在足量的NO2中充分燃烧，实验结束后，硬质玻璃管冷却至室温、称量，测得硬质玻璃管中剩余固体的质量为21.0 g，产生N2的体积为1 120 mL(标准状况)。写出硬质玻璃管中发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
10．利用废铝箔(主要成分为Al，含少量的Fe)既可制取AlCl3又可制取净水剂硫酸铝晶体。实验室用如图所示装置制备AlCl3溶液，并用AlCl3溶液溶解一定量的碳酸钙形成溶液，再用氨水沉淀，然后煅烧沉淀制备新型的超导材料和发光材料七铝十二钙(12CaO·7Al2O3)。已知AlCl3易水解，易升华。
(1)实验室用氯酸钾和浓盐酸制备氯气，其离子方程式为_____________________。
(2)为了防止蒸气凝华堵塞导管，实验中可采取的措施是______________________
(写出一点)。
(3)装置B中的溶液溶解碳酸钙时，要控制碳酸钙和AlCl3的量，其原因是________________________________________________________________________。
(4)某课外小组的同学拟用废铝箔制取硫酸铝晶体，已知铝的物种类别与溶液pH的关系如图所示，实验中可选用的试剂：处理过的铝箔、NaOH溶液、硫酸溶液。
①称取一定质量的处理过的铝箔于烧杯中，逐滴加入NaOH溶液，加热至不再产生气泡为止；②过滤；③____(填字母，下同)；④____；⑤____；⑥____；⑦____；⑧过滤、洗涤、干燥。
a．冷却结晶 b．过滤、洗涤 c．滤液用硫酸在不断搅拌下调到pH＝4～10左右 d．沉淀中不断加入硫酸，至恰好溶解 e．蒸发浓缩
(5)为了分析废铝箔中铁元素的含量，某同学称取5.000 g 废铝箔，先将其预处理使铁元素还原为Fe2＋，并在容量瓶中配制成100 mL溶液；然后移取25.00 mL试样溶液，用1.000×10－2mol·L－1 KMnO4标准溶液滴定，消耗20.00 mL标准溶液。判断滴定终点的依据是_______________________________________________________________________________________废铝箔中铁元素的质量分数为________。
课时检测(十八)
1．A 由于钠比镁活泼，镁能与CO2反应，则钠也能与CO2反应，Mg燃烧不能用CO2灭火，故Na燃烧也不能用CO2灭火，A项正确；Fe在O2中燃烧生成Fe3O4，B项错误；SO2与Na2O2反应生成Na2SO4，C项错误；Al具有两性，能和NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和H2，而Mg不具有两性，不能和NaOH溶液反应，D项错误。
2．C 镁能与CO2反应而铝不能；铝能与NaOH溶液反应而镁不能。
3． A 硝酸铝与过量氨气、水反应生成氢氧化铝沉淀和硝酸铵，故A错误；向Na[Al(OH)4]溶液中通入足量CO2生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，故D正确。
4. B 同位素是指同一元素不同核素的关系，该三者团簇阴离子是多原子聚集体，A错误；Al与水反应产生氢气，则Al作还原剂，B正确；团簇是原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成的，不是简单的由铝原子通过离子键结合而成，C错误；1 mol的Al所含电子数是(13×18＋1)×6.02×1023，D错误。
5．D 废易拉罐作为可再生资源，其回收再利用对提高经济效益、社会效益、保护环境有着巨大的促进作用，A正确；由题意可知，废易拉罐中主要含有Al和Fe，因此可从废易拉罐中回收的金属元素有Al和Fe，B正确；“沉淀”的主要成分是Fe(OH)3，C正确；铝离子与碳酸氢根离子发生相互促进的水解反应，生成氢氧化铝沉淀，硫酸氢根离子是强酸的酸式酸根，不能与铝离子反应，D错误。
6．D 向Na[Al(OH)4]溶液中通入CO2气体，发生反应生成Al(OH)3，Al(OH)3不稳定，受热分解生成Al2O3，在该转化过程中无元素化合价的变化，因此涉及的反应均为非氧化还原反应，A正确；Al2O3是两性氧化物，与NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和水，B正确；酸性：H2CO3＞Al(OH)3，向Na[Al(OH)4]溶液中通入过量CO2气体，发生反应的离子方程式为[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO，C正确；电解熔融Al2O3时，阳极上O2－失去电子变为O2，电极反应式为2O2－－4e－===O2↑，D错误。
7．D 物质X的作用是使Mg2＋转化为Mg(OH)2，工业上常选用CaO，发生反应CaO＋H2O===Ca(OH)2，Ca(OH)2＋Mg2＋===Mg(OH)2＋Ca2＋，A正确；Mg是较活泼金属，工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁，B正确；由题图可知，“氯化”过程的反应物为MgO、氯气、C，生成物之一为MgCl2，另一产物为CO而不是CO2，因C在高温下能将CO2还原为CO，化学方程式为MgO＋C＋Cl2MgCl2＋CO，C正确；“煅烧”后得到MgO，MgO和盐酸反应得到MgCl2溶液，由于MgCl2在溶液中水解为氢氧化镁和HCl，将所得溶液加热蒸发，HCl会逸出，MgCl2水解平衡正向移动，得到氢氧化镁，得不到无水MgCl2，D错误。
8．C 图示中Al可以与Na2SnO3和NaOH反应，Al与Na2SnO3 发生反应的化学方程式为6Al＋3Na2SnO3＋15H2O===3Sn＋6Na[Al(OH)4]＋3H2↑(1)，与NaOH发生反应的化学方程式为2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑(2)，随着反应的进行，生成的Sn和氢气的量也逐渐增多。Na2SnO3溶液显碱性，SnO会发生水解生成HSnO和OH－，阴离子个数增多，1 L 0.1 mol·L－1 Na2SnO3溶液中阴离子数目大于0.1NA，A正确；根据前面的分析，发生反应(1)(2)，B正确；在整个过程中，当33.6 L氢气全部是反应(1)生成时，转移的电子数为9NA，当33.6 L氢气全部是反应(2)生成时，转移的电子数为3NA，故转移电子数目介于3NA与9NA之间，C错误；形成Al Sn 原电池可以加快反应速率，Al活泼作负极，故Sn作正极，析氢反应主要发生在Sn上，D正确。
9．解析：(1)根据已知Mg在NO2中燃烧产物的可能性分析判断，假设Ⅰ：固体产物为MgO；假设Ⅱ：固体产物为Mg3N2；假设Ⅲ：固体产物为MgO和Mg3N2的混合物。(2)①A装置中铜与浓硝酸反应产生二氧化氮，用B装置中的干燥剂干燥后，通入C装置硬质玻璃管中与镁粉反应，用E装置中的NaOH溶液除去多余的二氧化氮，最后用D装置收集氮气(排水法)，为确保C装置中无水蒸气，应在C装置和E装置之间连接干燥装置，故装置的连接顺序为ABCBED。②二氧化氮不能用碱性干燥剂干燥，U形管中盛装的是固体干燥剂，故B装置中盛装的试剂可以是无水氯化钙或五氧化二磷，选c、d。③从C装置中导出的气体通过NaOH溶液吸收后，仍有气体将D装置广口瓶中的水压入烧杯中，则确定产物中有N2生成。(3)Mg3N2能与水反应生成具有刺激性气味的碱性气体，所以取少量反应后的固体产物，加入水中产生有刺激性气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则证明产物中存在Mg3N2。(4)13.2 g 镁的物质的量为 0.55 mol，设生成Mg3N2的物质的量为x mol，生成MgO的物质的量为y mol，根据镁原子守恒得①3x＋y＝0.55 mol，根据反应完后剩余固体的质量得②100x＋40y＝21.0 g，联立①②解得x＝0.05，y＝0.4；氮气的物质的量为1.12 L÷22.4 L·mol－1＝0.05 mol；综上分析，反应物为Mg和NO2，生成物为Mg3N2、MgO和N2，且物质的量之比为1∶8∶1，所以发生反应的化学方程式为11Mg＋4NO2Mg3N2＋8MgO＋N2。
答案：(1)固体产物为Mg3N2 固体产物为MgO和Mg3N2的混合物 (2)①ABCBED ②cd ③D装置中广口瓶中的水被气体压入烧杯中 (3)取少量C装置中反应后的固体产物，加入水中产生有刺激性气味的气体，该气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝
(4)11Mg＋4NO2Mg3N2＋8MgO＋N2
10．解析：(2)由题意可知，氯化铝蒸气凝华易堵塞导管，则加粗导管、缩短导管长度、加热导管可以防止蒸气凝华堵塞导管。(3)装置B中的氯化铝溶液溶解碳酸钙时，要控制碳酸钙和AlCl3的量，否则钙离子会与氨水反应生成微溶的、不易分解的氢氧化钙，影响七铝十二钙的产率。(4)由题意可知，制备硫酸铝晶体的操作为称取一定质量的处理过的铝箔于烧杯中，逐滴加入NaOH溶液，加热至不再产生气泡为止，过滤，向滤液中加入硫酸，调节pH在4～10时生成氢氧化铝沉淀，再过滤、洗涤，向沉淀中加入硫酸，至恰好溶解，蒸发浓缩、冷却结晶，再进行过滤、洗涤、干燥得到硫酸铝晶体。(5)由题意可知，亚铁离子与酸性高锰酸钾溶液完全反应时，再滴入标准溶液，溶液会变为浅紫色，则判断滴定终点的依据是滴入最后半滴高锰酸钾溶液时，溶液出现浅紫色且半分钟内不褪色；由得失电子守恒可得5Fe2＋～MnO，由滴定消耗20.00 mL 1.000×10－2 mol·L－1 KMnO4标准溶液可知，废铝箔中铁元素的质量分数为
×100%＝4.480%。
答案：(1)ClO＋5Cl－＋6H＋===3Cl2↑＋3H2O
(2)加粗导管、缩短导管长度、加热导管(写出一点即可)
(3)生成微溶于水的氢氧化钙使产率降低 (4)c b d e a
(5)滴入最后半滴高锰酸钾溶液时，溶液出现浅紫色且半分钟内不褪色 4.480%
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