Question

1．某学习小组模拟工业上由铝矾土（含Al₂0₃和少量的Si0₂及铁的氧化物）制备 金属铝的方法，设计了实验室用铝矾土制备金属铝的方案，主要流程如图所示：

已知：

氢氧化物	开始沉淀pH	沉淀完全pH	开始溶解pH	溶解完全pH
Fe（OH）3	2.3	4.1	14	-
Al（OH）3	2.3	5.2	7.8	10.8

（1）为了加快铝矾土的酸溶速率，除了反应过程不断搅拌外，还可釆取的措施有升高反应温度，增大硫酸浓度，粉碎铝土矿等（至少二条）．
（2）加入H₂0₂时，发生反应的离子方程式为H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．要检验Fe²⁺是否反应完全应选择的试剂是KMnO₄．（供选试剂：KMn0₄溶液、KSCN溶液、NaOH溶液、H₂0₂溶液）．加入NaOH调节滤液A的pH在10.8--14范围．
（3）流程中有多次过滤，需制作一个简单的过滤器，所需的用品有漏斗，滤纸
（4）电解Al₂O₃时阳极生成的0₂全部与石墨反应转化为C0₂和CO．相关反应的热化学 方程式如下：
C（s，石墨）+0₂（g）=C0₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
2C（s，石墨）+0₂（g）=2C0（g）△T=-221.0kJ•mol^-1
若C0₂和CO的体积比为1：1，当阴极得到27g铝时，若阳极生成的气体用作燃料能放出热量141.5 kJ．
（5）新型铝电池性能优越，Al-AgO电池可用作水下动力电源，其原理如图所示．该电池正极反应式为AgO+H₂O+2e^-=Ag+2OH^-．

Answer 1

分析 由铝矾土（含Al₂0₃和少量的Si0₂及铁的氧化物）制备 金属铝的方法是，铝土矿中加入足量稀硫酸过滤得到滤液我硫酸铝，硫酸亚铁等，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入氢氧化钠调节溶液PH10.8-14使铁离子全部沉淀，铝离子全部形成偏铝酸盐，过滤得到偏铝酸钠溶液，在溶液中通入过量二氧化碳生成氢氧化铝沉淀，过滤得到氢氧化铝，洗涤干燥后灼烧得到氧化铝，电解熔融氧化铝得到金属铝；
（1）依据影响化学反应速率的因素分析，增大浓度，升高温度，加入催化剂，增大接触面积等可以加快反应速率；
（2）酸性溶液中过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，溶液中存在铁离子，要检验Fe²⁺是否反应完全，利用其还原性应选择的试剂最好为高锰酸钾溶液，分析图表数据选择沉淀铝离子的PH；
（3）过滤器是漏斗和滤纸组成；
（4）①C（s，石墨）+0₂（g）=C0₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
②2C（s，石墨）+0₂（g）=2C0（g）△T=-221.0kJ•mol^-1
结合盖斯定律①-②×$\frac{1}{2}$得到C0（g）+$\frac{1}{2}$O₂=C0₂（g）△H=-282.5kJ•mol^-1
若C0₂和CO的体积比为1：1，当阴极得到27g铝时，
依据化学方程式定量关系计算生成氧气物质的量，结合氧元素守恒计算生成二氧化碳和一氧化碳物质的量，做燃料的气体为一氧化碳，据此计算得到；
若阳极生成的气体用作燃料
（5）由原电池总反应可知，原电池工作时Al被氧化，应为电池的负极，电极反应为Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，AgO被还原，应为原电池的正极，电极反应式为AgO+2e^-+H₂O=Ag+2OH^-，结合电极反应式进行判断．

解答 解：由铝矾土（含Al₂0₃和少量的Si0₂及铁的氧化物）制备 金属铝的方法是，铝土矿中加入足量稀硫酸过滤得到滤液我硫酸铝，硫酸亚铁等，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入氢氧化钠调节溶液PH10.8-14使铁离子全部沉淀，铝离子全部形成偏铝酸盐，过滤得到偏铝酸钠溶液，在溶液中通入过量二氧化碳生成氢氧化铝沉淀，过滤得到氢氧化铝，洗涤干燥后灼烧得到氧化铝，电解熔融氧化铝得到金属铝；
（1）依据影响化学反应速率的因素分析，增大浓度，升高温度，加入催化剂，增大接触面积等可以加快反应速率，为了加快铝矾土的酸溶速率，除了反应过程不断搅拌外，还可釆取的措施有，升高反应温度，增大硫酸浓度，粉碎铝土矿等，
故答案为：升高反应温度，增大硫酸浓度，粉碎铝土矿等；
（2）酸性溶液中过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入H₂0₂时，发生反应的离子方程式为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，溶液中存在铁离子，要检验Fe²⁺是否反应完全，利用其还原性应选择的试剂最好为高锰酸钾溶液，分析图表数据选择沉淀铝离子的PH，加入NaOH调节滤液A的pH在使铝离子生成偏铝酸钠，氢氧化铁沉淀不能溶解，所以选择调节的PH为10.8---14，
故答案为：10.8---14；
（3）过滤器是漏斗和滤纸组成，需要漏斗和滤纸，
故答案为：漏斗和滤纸；
（4）若C0₂和CO的体积比为1：1，当阴极得到27g铝时，n（Al）=$\frac{27g}{27g/mol}$=1mol，2Al₂O₃$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$4Al+3H₂O
得到氧气物质的量=1mol×$\frac{3}{4}$=0.75mol，
氧元素守恒，设二氧化碳、一氧化碳物质的量为x，则2x+x=0.75×2
x=0.5mol，
①C（s，石墨）+0₂（g）=C0₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
②2C（s，石墨）+0₂（g）=2C0（g）△T=-221.0kJ•mol^-1
结合盖斯定律①-②×$\frac{1}{2}$得到C0（g）+$\frac{1}{2}$O₂=C0₂（g）△H=-283kJ•mol^-1
阳极生成的气体0.5molCO用作燃料能放出热量=$\frac{1}{2}$mol×283kJ•mol^-1 =141.5KJ
故答案为：141.5；
（5）铝做负极，失电子被氧化，在碱性溶液中生成NaAlO₂，氧化银做正极，得电子被还原为Ag，电解质溶液为NaOH溶液，所以其电池反应式为：2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO₂+3Ag+H₂O，正极上电极反应式为：AgO+2e^-+H₂O=Ag+2OH^-，
故答案为：AgO+2e^-+H₂O=Ag+2OH^-．

点评 本题考查了物质制备流程的分析，主要是影响反应速率因素判断，除杂的分析应用，原电池原理和热化学方程式的计算分析，掌握基础是关键，题目难度中等．