专题-金属镁、铝工艺流程训练(解析版)

专题金属镁、铝工艺流程训练1.从海水中提取镁的工艺流程如图所示：下列说法错误的是()A．用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富B．步骤⑥电解MgCl2时阴极产生氯气C．步骤⑤可将晶体置于HCl气体氛围中脱水D．上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应答案：B【解析】电解MgCl2时，阳极产生Cl2；加热脱水过程中Mg2＋能水解生成Mg(OH)2，为防止Mg2＋水解，应在HCl气体氛围中脱水；①、③、⑥分别为化合反应、复分解反应、分解反应。2.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：下列叙述正确的是()A．试剂X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸B．反应①过滤后所得沉淀为氢氧化铁C．图中所示转化反应都不是氧化还原反应D．反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3＋NaHCO3答案：D【解析】试剂X只能是氢氧化钠溶液，不能是盐酸，A错误；反应①过滤后所得沉淀为Fe2O3，B错误；电解氧化铝制铝的反应是氧化还原反应，C错误。3.以Al2O3为原料(含FeO杂质)制备高纯铝单质的一种工艺流程如下，下列说法正确的是()A．灼烧滤渣需要用到的硅酸盐仪器有酒精灯、蒸发皿、玻璃棒B．通入过量CO2发生反应的离子方程式为AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3＋HCOeq\o\al(－,3)C．操作Ⅱ后所得滤渣需要洗涤，证明滤渣已洗涤干净，可用CaCl2溶液D．操作Ⅰ后的滤渣中铁元素的价态可用盐酸和KMnO4溶液检验答案：B【解析】灼烧固体需要用坩埚，A项错误；碱溶时，Al2O3与NaOH反应生成NaAlO2，通入过量CO2，转化为Al(OH)3沉淀，反应的离子方程式为AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3＋HCOeq\o\al(－,3)，B项正确；操作Ⅱ后的滤渣表面有NaHCO3溶液，可用Ca(OH)2溶液检验是否洗涤干净，C项错误；操作Ⅰ后的滤渣中铁元素是＋2价，应先用酸溶解，盐酸与KMnO4溶液反应，故应选用稀硫酸溶解，D项错误。3.镓(Ga)与铝同主族，曾被称为“类铝”，其氧化物和氢氧化物均为两性化合物。工业制备镓的流程如图所示： 下列判断不合理的是() A．Al、Ga均处于ⅢA族 B．Ga2O3可与盐酸反应生成GaCl3 C．Ga(OH)3可与NaOH反应生成NaGaO2 D．酸性：Al(OH)3>Ga(OH)3答案：D【解析】镓(Ga)与铝同主族，位于第ⅢA族，A项正确；Ga2O3与Al2O3的性质具有相似性，可与盐酸反应生成GaCl3，B项正确；Ga(OH)3与Al(OH)3的性质相似，能与NaOH溶液反应生成NaGaO2，C项正确；向NaAlO2和NaGaO2的混合液中通入适量CO2，只有Al(OH)3沉淀，而没有Ga(OH)3沉淀，说明酸性：Ga(OH)3>H2CO3>Al(OH)3，D项错误。4．工业上以铝土矿(主要成分是氧化铝，含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：下列叙述正确的是()A．反应①中试剂X是氢氧化钠溶液B．试剂Y是HCl，它与AlOeq\o\al(－,2)反应生成氢氧化铝C．图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应D．将X与Y试剂进行对换，最终可以达到相同结果答案：A【解析】B项，若试剂Y是HCl，它与AlOeq\o\al(－,2)反应生成Al3＋，错误；C项，图中所示转化只有一步是氧化还原反应2Al2O3eq\o(=,\s\up7(电解))4Al＋3O2↑，错误；D项，试剂X为氢氧化钠，滤渣C为氧化铁，滤液A为偏铝酸钠和氢氧化钠混合溶液，通入过量二氧化碳气体，发生反应：NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3，不能对换，错误。5.如图为海水制镁的工艺流程示意图。下列叙述不正确的是()A．“石灰窑”“消化池”发生的依次是吸热反应、放热反应B．“过滤器”的母液中主要是CaCl2溶液，可直接返回海洋C．“中和”时反应的离子方程式为H＋＋OH－=H2OD．电解槽中发生反应的化学方程式为MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑答案：C6.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2、Fe2O3等杂质)冶炼铝的主要流程如下： (注：SiO2碱溶时转化为铝硅酸钠沉淀) 下列叙述错误的是() A．操作Ⅰ增大NaOH溶液用量可提高Al2O3的浸取率 B．操作Ⅱ、Ⅲ为过滤，操作Ⅳ为灼烧 C．通入过量CO2的离子方程式为 2AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋3H2O=2Al(OH)3↓＋COeq\o\al(2－,3) D．加入冰晶石的目的是降低Al2O3的熔融温度答案：C【解析】操作Ⅰ增大NaOH溶液用量可以使铝土矿中的Al2O3充分溶解，从而提高Al2O3的浸取率，A正确；操作Ⅱ、Ⅲ为过滤，操作Ⅱ滤去的滤渣为Fe2O3、铝硅酸钠，操作Ⅲ得到固体Al(OH)3，操作Ⅳ为灼烧，目的是使Al(OH)3分解成Al2O3，B正确；向NaAlO2溶液中通入过量CO2后生成Al(OH)3沉淀和NaHCO3，离子方程式为 AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)，C不正确；加入冰晶石的目的是降低Al2O3的熔融温度，D正确。7.无水AlCl3易升华，可用作有机合成的催化剂等。工业上以铝土矿(Al2O3、Fe2O3)为原料制备无水AlCl3的工艺流程如下：(1)氯化炉中Al2O3、Cl2和C反应的化学方程式为________________________________。(2)用Na2SO3溶液可除去冷却器排出的尾气中的Cl2，此反应的离子方程式为：______________。(3)升华器中主要含有AlCl3和FeCl3，需加入少量Al，其作用是________________。(4)为测定制得的无水AlCl3产品(含杂质FeCl3)的纯度，称取16.25g无水AlCl3样品，溶于过量的NaOH溶液中，过滤出沉淀物，沉淀物经洗涤、灼烧、冷却、称重，得其质量为0.32g。①写出上述除杂过程中涉及的离子方程式________________________、________________________。②AlCl3产品的纯度________。答案：(1)Al2O3＋3Cl2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高温))2AlCl3＋3CO(2)SOeq\o\al(2－,3)＋Cl2＋H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋2Cl－＋2H＋(3)除去FeCl3(4)①Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓Al3＋＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O②96%8.KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐,在造纸等方面应用广泛。实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如图所示。回答下列问题:(1)为尽量少引入杂质,试剂①应选用(填标号)。

a.HCl溶液 b.H2SO4溶液c.氨水 d.NaOH溶液(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为。

(3)沉淀B的化学式为;将少量明矾溶于水,溶液呈弱酸性,其原因是

。

(4)已知:Kw=1.0×10-14,Al(OH)3AlO2-+H++H2OK=2.0×10-13。Al(OH)3溶于NaOH溶液反应的平衡常数等于答案：(1)d(2分)(2)2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑(2分)(3)Al(OH)3(1分)Al3+水解,使溶液中H+浓度增大(1分)(4)20(2分)【解析】(1)试剂①的作用是除去废易拉罐中的Fe、Mg杂质,根据题意,应选择NaOH溶液,以溶解Al,过滤出Fe、Mg。(2)易拉罐溶解过程中,Al与NaOH溶液发生反应。(3)滤液A的主要成分为NaAlO2,加入NH4HCO3,得到的沉淀为Al(OH)3。明矾溶于水,溶液呈弱酸性,是由于Al3+发生水解,使溶液中H+浓度增大。(4)Al(OH)3AlO2-+H++H2O的K=c(AlO2-)·c(H+)=2.0×10-13。Al(OH)3溶于NaOH溶液发生反应:Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O,平衡常数K'=9.镁铝合金在工业上有着广泛的用途,氧化铝是冶炼金属铝的主要原料。从铝土矿(主要成分是Al2O3,含有SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下:回答下列问题:(1)Al2O3、SiO2、Fe2O3、MgO四种物质中,属于酸性氧化物的是,属于碱性氧化物的是。

(2)流程一中,沉淀③是(填化学式,下同),沉淀⑥是。

(3)流程二中,加入烧碱溶解SiO2的化学方程式为。

(4)滤液⑤中的可溶性盐是NaCl、(填化学式),滤液⑨与过量氨水反应的离子方程式为。

(5)在电解氧化铝制取金属铝的反应中,氧化产物与还原产物的质量之比为。

答案：(1)SiO2Fe2O3、MgO(2)Fe(OH)3、Mg(OH)2Al(OH)3(3)SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O(4)NaHCO3H++NH3·H2ONH4++H2O、Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4【解析】(1)能与碱反应生成盐和水的氧化物属于酸性氧化物,如SiO2;能与酸反应生成盐和水的化合物属于碱性氧化物,如Fe2O3、MgO;与酸和碱反应都能生成盐和水的氧化物属于两性氧化物,如Al2O3。(2)流程一中,加入盐酸后,铝土矿中的Al2O3、Fe2O3、MgO能和盐酸反应而溶解,滤液②中含有Al3+、Fe3+和Mg2+,加入过量氢氧化钠溶液,分别转化为偏铝酸钠、氢氧化铁沉淀和氢氧化镁沉淀,因此沉淀③中含有氢氧化铁和氢氧化镁,滤液④中通入过量二氧化碳,与偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀及碳酸氢钠,故沉淀⑥为氢氧化铝。(3)流程二中,加入烧碱溶解SiO2的化学方程式为SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O。(4)根据(2)的分析,滤液⑤中的可溶性盐是NaCl和NaHCO3。流程二中,加入烧碱溶解SiO2和氧化铝得到硅酸钠和偏铝酸钠的溶液,即滤液⑧含有硅酸钠、偏铝酸钠和过量的氢氧化钠,向其中加入过量盐酸,反应生成硅酸沉淀和氯化铝溶液,滤液⑨中主要含有氯化钠、氯化铝和过量的盐酸,盐酸和氯化铝都能与氨水反应,反应的离子方程式为H++NH3·H2ONH4++H2O、Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+。(5)电解氧化铝制取金属铝的反应方程式为2Al2O34Al+3O2↑,其中氧化产物为氧气,还原产物为铝,质量之比为(3×32)∶(4×27)=8∶9。10.如图是工业利用菱镁矿MgCO3(含杂质Al2O3、FeCO3)制取镁的工艺流程。 回答有关问题：(1)菱镁矿送入酸浸池前需要粉碎，目的是______________________________________。(2)氧化池中通入氯气的目的是氧化________，工业上不选用硝酸作氧化剂的原因是________________________和____________________。(3)沉淀混合物为_________和_________(填化学式)。(4)利用熔融氯化镁制取金属镁，选用的方法是________(填字母)。 A．电解法 B．氧气还原法 C．碳还原法 D．分解法答案：(1)提高酸浸速率(2)Fe2＋(或FeCl2)会产生污染性气体NOx会引入杂质离子NOeq\o\al(－,3) (3)Al(OH)3Fe(OH)3(4)A【解析】(1)粉碎菱镁矿，增大固相反应物的接触面积，提高酸浸速率。(2)通入Cl2是为了将Fe2＋(或FeCl2)氧化为Fe3＋(或FeCl3)，工业上不用HNO3是因为会产生污染性气体NOx，也会引入杂质离子NOeq\o\al(－,3)。(3)氧化池中存在Al3＋、Fe3＋、H＋，所以加入MgO后与H＋反应使溶液碱性增强，Al3＋和Fe3＋转化为Al(OH)3和Fe(OH)3，故沉淀池中的沉淀为Al(OH)3和Fe(OH)3。(4)金属镁比较活泼，一般采用电解熔融MgCl2的方法进行冶炼。11.轻质氧化镁是新型功能复合材料的重要添加剂，可由菱镁矿(含MgCO3、CaCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2)为原料制备，其制备流程如下：(1)酸溶时，为了提高酸溶速率可采用的措施有_________________；提高矿物的浸取率可采取的措施有_______________________________________。(各答一条即可)(2)浓硫酸与Al2O3反应的化学方程式为__________________________；滤渣I的主要成分为________和________(填化学式)。(3)用氨水调节溶液pH＝8～9的目的是________________________，若氨水加的量较多使pH>9，则最终氧化镁的产量会________(填“增大”“不变”或“减小”)。(4)沉镁时发生反应的离子方程式为_________________________________________。(5)流程中“焙烧”操作若在实验室中进行，样品应放在________中加热(填仪器名称)，当________________________________________时，说明固体样品已分解完全。答案：(1)将菱镁矿粉碎、适当提高酸溶时的温度；适当延长酸溶时间、溶解过程中不断搅拌、多次浸取、减小菱镁矿的颗粒度等(任写一条)(2)Al2O3＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2OSiO2CaSO4(3)使滤液中的Al3＋与Fe3＋完全沉淀减小(4)CO2＋2NH3·H2O＋Mg2＋=MgCO3↓＋2NHeq\o\al(＋,4)＋H2O(5)坩埚前后两次称量固体的质量不变(或前后两次称量固体质量差小于0.1g)12.利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备铝鞣剂[主要成分为Al(OH)2Cl]的一种工艺如下：(1)气体A能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。铝灰在90℃水解生成A的化学方程式为______________________；“水解”采用90℃而不在室温下进行的原因是____________ ___________________________________________________________________________。(2)“酸溶”时，Al2O3发生反应的离子方程式为___________________________________。(3)“氧化”时，发生反应的离子方程式为________________________________________。(4)“废渣”成分为________(填化学式)。(5)采用喷雾干燥而不用蒸发的原因是________________________________________。答案：(1)AlN＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(90℃))Al(OH)3＋NH3↑加快AlN水解反应速率；降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出 (2)Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O (3)2Fe2＋＋2H＋＋ClO－=2Fe3＋＋Cl－＋H2O (4)Fe(OH)3 (5)防止Al(OH)2Cl水解生成Al(OH)3【解析】铝灰主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等，加入水后，AlN和水反应生成氢氧化铝和氨气，加入盐酸酸溶后，生成氯化铝溶液和氯化亚铁溶液，加入漂白液氧化亚铁离子为铁离子，加入纯碱调节溶液pH使铁离子全部沉淀，采用喷雾干燥制备铝鞣剂。 (1)气体A能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，说明生成的是氨气，铝灰中的AlN和水发生水解反应生成氢氧化铝沉淀和氨气，反应的化学方程式为AlN＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(90℃))Al(OH)3＋NH3↑，加热可以促进氮化铝水解生成氨气，降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出。 (2)氧化铝是两性氧化物，酸溶时和盐酸发生反应生成氯化铝溶液，其反应的离子方程式为Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O。 (3)加入漂白液的作用是利用次氯酸根离子在酸溶液中的强氧化性氧化亚铁离子为铁离子，反应的离子方程式为2Fe2＋＋2H＋＋ClO－=2Fe3＋＋Cl－＋H2O。 (4)由上述分析可知“废渣”成分为氢氧化铁沉淀，化学式为Fe(OH)3。 (5)铝鞣剂主要成分为Al(OH)2Cl，在加热蒸发时会发生水解，为防止水解利用喷雾干燥，减少铝鞣剂水解。13.铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_______________。(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH________(填“增大”“不变”或“减小”)。(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是________________。(4)铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是_______。答案：(1)Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O(2)减小(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化(4)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜【解析】(1)Al2O3为两性氧化物，在NaOH溶液中会溶解生成NaAlO2。(2)加入的NaHCO3与过量的NaOH反应，导致溶液的pH减小。(3)电解Al2O3时生成O2，O2会氧化石墨。(4)NH4Cl受热分解产生HCl，H＋可以去除铝表面的氧化膜，所以加入少量的NH4Cl有利于AlN的制备。14.KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废易拉罐(主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题：eq\x(易拉罐)eq\o(→,\s\up11(试剂①),\s\do4(微热，过滤))eq\x(滤液A)eq\o(→,\s\up15(NH4HCO3))eq\x(沉淀B)eq\o(→,\s\up11(稀H2SO4),\s\do4(K2SO4))→eq\x(产物)(1)