Question

【题目】以粉煤灰（主要成分：Al2O3、SiO2、少量Fe2O3）为原料，制取Al2O3的部分工艺流程如下：

完成下列填空：

(1)铝原子核外有_____种不同能量的电子，最外层电子的轨道式是_____________，上述流程涉及第二周期元素的原子半径由小到大的顺序是______________________________。

(2) “除铁”是将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，反应的离子方程式为______________________，检验溶液中Fe3+是否除尽的方法是____________________________________________。

(3)解释“结晶”过程中向AlCl3浓溶液中通入HCl气体的原因。______________________

(4)上述流程可循环的物质是_______________。

(5)工业上将Al2O3溶解在熔化的冰晶石中电解获得铝，该反应的化学方程式为___________。

Answer 1

【答案】5 O<N<C Fe3++3HCO3－=Fe(OH)3↓+3CO2↑ 静置，取上层清液于试管中，滴入KSCN溶液，溶液不变红色，则已除尽铁元素，出现血红色，则未除尽 AlCl3浓溶液中存在结晶平衡：AlCl3·6H2O（s） Al3++3Cl-+6 H2O 通入HCl气体，增大Cl-浓度，使平衡左移，能得到更多的AlCl3·6H2O晶体 HCl 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑

【解析】

由流程图可知，向粉煤灰中加入浓盐酸，氧化铝和氧化铁溶于盐酸生成氯化铝和氯化铁，二氧化硅不溶解，过滤得到含有氯化铝和氯化铁的滤液；向滤液中加入碳酸氢铵溶液，将氯化铁转化为氢氧化铁沉淀除去，过滤得到含有氯化铝溶液的滤液；氯化铝溶液在氯化氢气流中蒸发浓缩、冷却结晶得到六水氯化铝，煅烧六水氯化铝制得氧化铝。

（1）铝元素的原子序数为13，核外有13个电子，核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，则铝原子核外有1s、2s、2p、3s、3p共5种不同能量的电子，最外层电子的轨道式是；流程中涉及到的第二周期元素为C、N、O，同周期元素，从左到右原子半径依次减小，则子半径由小到大的顺序是O<N<C，故答案为：5；；O<N<C；

(2)“除铁”的过程是三价铁离子与碳酸氢根离子发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳气体，反应的离子方程式为Fe3++3HCO3－=Fe(OH)3↓+3CO2↑；若溶液中Fe3+除尽，向溶液中滴入KSCN溶液，溶液不会变红色，故答案为：Fe3++3HCO3－=Fe(OH)3↓+3CO2↑；静置，取上层清液于试管中，滴入KSCN溶液，溶液不变红色，则已除尽铁元素，出现血红色，则未除尽；

（3）AlCl3浓溶液中存在溶解平衡：AlCl3·6H2O（S） Al3+（aq）+3Cl-（aq）+6 H2O（l），向AlCl3浓溶液中通入HCl气体，增大溶液中Cl-浓度，使平衡向逆反应方向移，有利于AlCl3·6H2O晶体析出，故答案为：AlCl3浓溶液中存在结晶平衡：AlCl3·6H2O（S） Al3++3Cl-+6 H2O，通入HCl气体，增大Cl-浓度，使平衡左移，能得到更多的AlCl3·6H2O晶体；

（4）氯化铝溶液在氯化氢气流中蒸发浓缩、冷却结晶得到六水氯化铝的过程中消耗氯化氢，煅烧六水氯化铝制得氧化铝的同时有氯化氢生成，则流程可循环的物质是氯化氢，故答案为：HCl；

(5)工业上将Al2O3溶解在熔化的冰晶石中电解获得铝和氧气，反应的化学方程式为2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑，故答案为：2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑。