1、高三金属镁铝题2020高三金属镁铝题1. （10分）电解铝厂的实验室为测定铝土矿（主要成分是Al2O3，杂质是Fe2O3 、SiO2）样品中Al2O3的质量分数，操作如下：. 将铝土矿样品粉碎后加入足量稀H2SO4溶液，充分反应后过滤，得滤液a. 向滤液a中加入足量NaOH溶液，充分反应后过滤，得滤液b. 向滤液b中通入足量CO2，充分反应后过滤、洗涤，得Al(OH)3沉淀. （1）滤液a中阳离子有 （写离子符号）。（2）操作中反应的离子方程式是 。（3）操作是 。（4）要测定铝土矿样品中Al2O3的质量分数，所需数据是 （质量数据用x、y表示，单位是g）；铝土矿样品中Al2O3质量分数表达式
2、是 （用含x、y的式子表示）。2（8分）无水AlCl3可用作有机合成的催化剂、食品膨松剂等。工业上可由铝土矿（主要成分是Al2O3和Fe2O3）和焦炭制备，流程如下： 已知：AlCl3、FeCl3 分别在183、315时升华（1）Cl2的电子式 。（2）氯化炉中Al2O3、Cl2和焦炭在高温下发生反应的化学方程式为 ；炉气中残余 的少量Cl2，可用NaOH溶液吸收，其离子方程式为 。（3）700时，升华器中物质经充分反应后需降温实现FeCl3和AlCl3的分离。请选择合适 的温度范围 。a. 低于183 b. 介于183和315之间 c. 高于315（4）样品(含少量FeCl3)中AlCl3含
3、量可通过下列操作测得（部分物质略去）。计算该样品中AlCl3的质量分数 （结果用m、n表示，不必化简）。1.（10分）（1）H+、Al3+、Fe3+ （共2分，答对2个给1分） （2） H+ + OH- =H2O 、Al3+ + 4OH- = AlO2- + 2H2O、Fe3+3OH-= Fe(OH)3（各1分，共3分）（3）干燥Al(OH)3沉淀、称量 （“干燥”1分，“称量”1分，共2分）（4）铝土矿样品质量x g、Al(OH)3质量y g；2.( 8分) 高温（1） (1分）（2）Al2O3 + 3Cl2 + 3C = 2AlCl3 + 3CO (2分） Cl2 + 2OH- = ClO
4、 - + Cl- + H2O (2分）（3）b (1分）（4）或或 (2分）3（共8分）（1）A12O3+6H+=2Al3+3H2O （2分）（2）2Fe2+ + H2O2+2H+ = 2Fe3+2H2O 补充Fe3+（2分）（3） 2H+2e-=H2 （1分） 减小 （1分） 电解过程中反应室中的SO42- 通过阴离子交换膜进入阳极室，阴极室中的OH-通过 阴离子交换膜进入反应室，生成聚合硫酸铝铁。（2分）4（10分，每空2分）（1）Al2O3 + 2OH= 2AlO2+ H2O （2） OH + HCO3= CO32+ H2O HCO3+ AlO2+ H2O = Al(OH)3+ CO32
5、（3） 2H2O + 2e= 2OH+ H2 2H2O - 4e= O2+ 4H+，溶液中c(H+)增大，发生反应：CO32+ H+ = HCO3， 部分Na+透过离子交换膜向阴极移动，最终获得含NaHCO3的阳极液5（14分）（1）A（2分） （2）2Fe2+ + H2O2 + 2H+ = 2Fe3+ + 2H2O （2分） 6.2 10-5（2分）（3） Mg2+ + 2NH3H2O = Mg(OH)2 + 2NH4+ （2分） 吸热（2分） 温度过高时，氨水受热分解，浓度降低，Mg2+转化率下降（2分，其他合理答案均可） 能 Mg(OH)2的溶解度小于Ca(OH)2，可发生沉淀的转化（其
6、他合理答案均可）3（8分）富铁铝土矿（主要含有A12O3、Fe2O3、FeO和SiO2）可制备新型净水剂液体聚合硫酸铝铁AlaFeb(OH)m(SO4)n。研究发现，当ab时净水效果最好。工艺流程如下（部分操作和产物略）： （1）A12O3与H2SO4发生反应的离子方程式是_。 （2）测得滤液中 。加入FeSO47H2O和H2O2的作用是（结合化学用语说明）_。（3）将溶液A电解得到液体聚合硫 酸铝铁。装置如图所示（阴离 子交换膜只允许阴离子通过， 电极为惰性电极） 阴极室的电极反应式是_。 电解过程阳极室溶液pH的变化是_（填“增大”、“减小”或“不变”）。 简述在反应室中生成液体聚合硫酸铝
7、铁的原理_。4.（10分） 一种利用铝土矿(含有氧化铝和杂质)生产氧化铝纯品的工业流程如下： （1）过程I，发生反应的离子方程式是 。 （2）过程II，用一定浓度的NaHCO3溶液处理碱浸后滤液，所得溶液pH和Al(OH)3生成的 量随加入NaHCO3溶液体积变化的曲线如下： 加入NaHCO3溶液体积小于8 mL时，发生主要反应的离子方程式是 。 过程II生成Al(OH)3的离子方程式是 。 （3）过程III，电解Na2CO3溶液的装置如下图所示。 阴极的电极反应式是 。 简述阳极液生成的原理： 。5（14分）蛇纹石可用于生产氢氧化镁，简要工艺流程如下：I制取粗硫酸镁：用酸液浸泡蛇纹石矿粉，过
8、滤；并在常温常压下结晶，制得粗硫酸镁（其中常含有少量Fe3+、Al3+、Fe2+等杂质离子）。II提纯粗硫酸镁：将粗硫酸镁在酸性条件下溶解，加入适量的0.1 mol/L H2O2溶液，再调节溶液pH至78，并分离提纯。III制取氢氧化镁：向步骤II所得溶液中加入过量氨水。已知：金属离子氢氧化物沉淀所需pHFe3+Al3+Fe2+Mg2+开始沉淀时1.53.36.59.4沉淀完全时3.75.29.712.4 请回答：（1）步骤II中，可用于调节溶液pH至78的最佳试剂是 （填字母序号）。A. MgO B. Na2CO3 C. 蒸馏水 （2）工业上，常通过测定使铁氰化钾（K3Fe(CN) 6）溶液
9、不变色所需 H2O2溶液的量 来确定粗硫酸镁中Fe2+的含量。已知，测定123 g粗硫酸镁样品所消耗的0.1 mol/L H2O2溶液的体积如下表所示。 平行测定数据平均值实验编号1234消耗 H2O2溶液的体积/mL0.320.300.300.320.31Fe2+与H2O2溶液反应的离子方程式为 。根据该表数据，可计算出123 g粗硫酸镁样品中含Fe2+ mol。（3）工业上常以Mg2+的转化率为考察指标，确定步骤III制备氢氧化镁工艺过程的适宜条件。其中，反应温度与Mg2+转化率的关系如右图所示。步骤III中制备氢氧化镁反应的离子方程式为 。根据图中所示50 前温度与Mg2+转化率之间 的
10、关系，可判断此反应是 （填“吸热”或“放热”）反应。图中，温度升高至50 以上Mg2+转化率下降的可能原因是 。 Ksp表示沉淀溶解平衡的平衡常数。已知：Mg(OH)2(s) Mg2+ (aq)+ 2OH- (aq) Ksp = c(Mg2+)c2(OH-) = 5.610-12Ca(OH)2(s) Ca2+ (aq) + 2OH- (aq) sp = c(Ca2+)c2(OH-) = 4.710-6 若用石灰乳替代氨水， （填“能”或“不能”）制得氢氧化镁，理由是 。6.（12分）实验小组探究铝片做电极材料时的原电池反应，设计下表中装置进行实验并记录。【实验1】装置实验现象G灯泡干电池+-
11、左侧装置电流计指针向右偏转，灯泡亮右侧装置电流计指针向右偏转，镁条、铝条表面产生无色气泡（1）实验1中，电解质溶液为盐酸，镁条做原电池的 极。【实验2】将实验1中的电解质溶液换为NaOH溶液进行实验2。（2）该小组同学认为，此时原电池的总反应为2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2，据此推测应该出现的实验现象为 。实验2实际获得的现象如下：装置实验现象i.电流计指针迅速向右偏转，镁条表面无气泡，铝条表面有气泡.电流计指针逐渐向零刻度恢复，经零刻度后继续向左偏转。镁条表面开始时无明显现象，一段时间后有少量气泡逸出，铝条表面持续有气泡逸出（3）i中铝条表面放电的物质式溶解
12、在溶液中的O2，则该电极反应式为 。（4）ii中“电流计指针逐渐向零刻度恢复”的原因是 。【实验3和实验4】为了排除Mg条的干扰，同学们重新设计装置并进行实验3和实验4，获得的实验现象如下：编号装置实验现象实验3电流计指针向左偏转。铝条表面有气泡逸出，铜片没有明显现象；约10分钟后，铜片表面有少量气泡产生，铝条表面气泡略有减少。实验4 煮沸冷却后的溶液电流计指针向左偏转。铝条表面有气泡逸出，铜片没有明显现象；约3分钟后，铜片表面有少量气泡产生，铝条表面气泡略有减少。（5）根据实验3和实验4可获得的正确推论是 （填字母序号）。A. 上述两装置中，开始时铜片表面得电子的物质是O2B. 铜片表面开始
13、产生气泡的时间长短与溶液中溶解氧的多少有关C. 铜片表面产生的气泡为H2D. 由“铝条表面气泡略有减少”能推测H+在铜片表面得电子（4）由实验1实验4可推知，铝片做电极材料时的原电池反应与与 等因素有关。7. （12分）某种硬铝合金是由 Al、Cu、Mg三种金属组成，主要应用于耐热可焊的结构件及锻件。某研究小组欲探究该合金的性质并测定合金中铝的质量分数：（1）甲同学预测：该合金与10 mol/L硝酸反应时有NO2气体生成，可能还有NO生成。查阅资料：常温下，NO2与N2O4混合存在，在低于0 时几乎只有无色的N2O4液体或晶体存在。设计如下装置进行实验。按下图连接装置并检验气密性后，称取5 g
14、 合金放于圆底烧瓶中，并滴加10 mol/L硝酸。 合金中Cu与稀硝酸反应的离子方程式是 。C装置的目的是 。能证明有NO2生成的实验现象是 ，能证明有NO生成的实验操作与现象是 。实验进行至A中固体全部溶解后，未检验到有NO生成，甲同学认为硬铝合金与10 mol/L硝酸反应时没有NO生成。乙同学认为不能确定是否生成了NO，需补充操作才能证明，该操作是 。（2）为测定合金中铝的质量分数，丙同学查阅资料：部分金属离子生成氢氧化物沉淀的pH金属离子开始沉淀时的pH沉淀完全的pHAl3+ 3.44.7Cu2+4.16.9Mg2+9.412.4pH 7.8时，Al(OH)3开始溶解，pH 10.8时沉
15、淀完全溶解。设计如下方案并进行实验：调节pH时，应控制pH的范围是 。 选用NaOH溶液调节pH，得到溶液B的离子方程式是 。Al(OH)3经过滤、洗涤、灼烧至恒重后称量，质量为8.5g，则该合金中铝的质量分数是 。8（12分）聚合氯化铝(PAC)是常用于水质净化的无机高分子混凝剂，其化学式可表示为Al2(OH)nCl6-nm (n 80时，AlT明显降低的原因是 。6 （12分，每空2分）（1）负 （2）指针向左偏转，镁条表面产生无色气泡（3）O2 + 2H2O + 4e- 4OH-（4）Mg放电后生成Mg(OH)2附着在镁条表面，使Mg的放电反应难以发生，导致指针归零；或：随着反应的进行，
16、铝条周围溶液中溶解的O2逐渐减少，使O2放电的反应难以发生，导致指针归零（5）ABC （6）另一个电极的电极材料、溶液的酸碱性、溶液中溶解的O27. (12 分）（1）3 Cu + 2NO3- +8H+ = Cu2+ + 2NO + 4H2O （1分）将生成的NO2冷凝为N2O4，与NO分离，排除干扰（1分）A中有红棕色的气体生成，C中有无色的液体或晶体存在(2分）合理答案即给分打开活塞K，鼓入空气，若D中的气体由无色变为红棕色，证明有NO生成(2分）在加入HNO3前，通入N2，除尽装置中的空气(2分）（2）pH 12.4 或 pH 10.8（1分） Al3+ + 4OH- =AlO2- +
17、2H2O （2分）90%（1分）8（共12分，特殊标注外，每空2分）（1）6H+ + Al2O3 = 2Al3+ + 3H2O 6H+ + Fe2O3 = 2Fe3+ + 3H2O (每个方程式1分)（2）调节溶液pH至Fe3+完全沉淀 Fe(OH)3 、SiO2 (每个1分)（3）pH偏小时，抑制平衡2Al3+ + m(6-n) Cl- + mn H2O Al2(OH)nCl6-nm + mn H+ 正向移动生成PAC（4） 聚合 温度升高，导致液体PAC向Al(OH)3沉淀转化电解冰晶石9（12分，每空2分）（1）2Al2O3（熔融）= 4Al+3O2 （2）Al2O3+2OH=2AlO2
18、+H2O （3） NaHCO3 a 滤液可直接循环使用。（4）27V（a-0.040010-3）/1000m10（13分）（1）过滤（2分） Al2O3+6H+=2Al3+3H2O（2分）（2）CuS（2分）（3）将Fe2+氧化为Fe3+，使Fe3+转化为Fe(OH) 3沉淀（2分）（4）mAlCl3+nH2O = Alm(OH) nCl3m-n+nHCl（写“”得分）（1分）（5）2H+2e-=H2（2分）电解过程中反应室中的Cl-通过阴离子交换膜进入阳极室，阴极室中的OH-通过阴离子交换膜进入反应室，生成聚合氯化铝。（2分）9（12分）以铝土矿（主要成分是Al2O3，杂质有SiO2、Fe2
19、O3等）为原料，采用拜耳法生产Al2O3的流程如下图所示： （1）Al2O3可用于电解制Al，其反应的化学方程式是_。（2）调控反应池中钠铝元素之比一定时，Al2O3溶于NaOH，SiO2转化为铝硅酸钠沉淀。Al2O3溶于NaOH的离子方程式是_。（3）该生产过程中，需向沉淀池中加入X。 X 可为过量的CO2，则滤液II中主要的溶质是_，为了使滤液II循环利用，应补充的物质是_（选填字母）；aCaO bHCl cNa2CO3 X 也可为少量Al(OH)3晶种（晶种可加速沉淀的生成），其优点是_。（4）测铝土矿中铝元素含量： 将m g铝土矿样品经处理配成V mL溶液取少量该溶液用EDTA法测得该
20、溶液中Fe3+、Al3+浓度之和为a molL1另取少量该溶液，将Fe3+用盐酸羟胺还原为Fe2+后，利用吸光度法测得吸光度为0.400（吸光度与Fe2+浓度对应曲线如下图）该铝土矿样品中铝元素的质量分数表达式是_（用字母表示）。10（13分）以铝灰（主要成分为Al、Al2O3，另有少量CuO、SiO2、FeO和Fe2O3杂质）为原料，可制得液体聚合氯化铝Alm(OH) nCl3m-n，生产的部分过程如下图所示（部分产物和操作已略去）。已知某些硫化物的性质如下表：物质性质Fe2S3、Al2S3在水溶液中不存在FeS黑色，难溶于水，可溶于盐酸CuS黑色，难溶于水，难溶于盐酸（1）操作是。Al2O
21、3与盐酸反应的离子方程式是。（2）滤渣2为黑色，该黑色物质的化学式是。（3）向滤液2中加入NaClO溶液至不再产生红褐色沉淀，此时溶液的pH约为3.7。NaClO的作用是。（4）将滤液3的pH调至4.24.5，利用水解反应得到液体聚合氯化铝。反应的化学方程式是。（5）将滤液3电解也可以得到液体聚合氯化铝。装置如图所示（阴离子交换膜只允许阴离子通过，电极为惰性电极）。 写出阴极室的电极反应： 。 简述在反应室中生成聚合氯化铝的原理：。11（14分）钠硫电池作为一种新型储能电池，其应用逐渐得到重视和发展。（1）Al(NO3)3是制备钠硫电池部件的原料之一。由于Al(NO3)3容易吸收环境中的水分，
22、需要对其进行定量分析。具体步骤如下图所示：加入试剂a后发生反应的离子方程式为 。 操作b为 ，操作c为 。Al(NO3)3待测液中，c (Al3+) = molL-1（用m、v表示）。（2）钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠（Na2Sx）分别作为两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷（可传导Na+）为电解质，其反应原理如下图所示：根据下表数据，请你判断该电池工作的适宜温度应控制在 范围内（填字母序号）。物质NaSAl2O3熔点/97.81152050沸点/892444.62980a.100以下 b.100300 c. 300350 d. 3502050放电时，电极A为 极。放电时，内电路中N
23、a+的移动方向为 （填“从A到B”或“从B到A”）。充电时，总反应为Na2Sx = 2Na + xS（3x5），则阳极的电极反应式为 。12.（1分）一位同学在复习时遇到这样一道习题：某无色溶液中可能含有“H+、OH-、Na+、NO3-”，加入铝粉后，只产生H2，问该无色溶液中能大量存在哪几种离子。（1）加入铝粉产生H2，说明铝具有_（填“氧化性”或“还原性”）。（2）该同学分析：若H+大量存在，则NO3-就不能大量存在。 设计实验证实如下：装 置现 象 . 实验初始，未见明显现象. 过一会儿，出现气泡，液面上方呈浅棕色 . 试管变热，溶液沸腾 盐酸溶解Al2O3薄膜的离子方程式是_。 根据现
24、象，推测溶液中产生了NO，为进一步确认，进行如下实验：实 验内 容现 象实验1 将湿润KI淀粉试纸置于空气中未变蓝实验2用湿润KI淀粉试纸检验浅棕色气体试纸变蓝 a. 浅棕色气体是_。b. 实验1的目的是_。c. 实验1、2说明反应生成了NO，将生成NO的离子方程式补充完整：Al + NO3 + _ = Al3+ + NO+ _ （3）再假设：若OH-大量存在，NO3-也可能不能大量存在。重新设计实验证实如下：装 置现 象 . 实验初始，未见明显现象. 过一会儿，出现气泡，有刺激性气味 为确认“刺激性气味”气体，进行如下实验：用湿润KI淀粉试纸检验，未变蓝；用湿润红色石蕊试纸检验，试纸变蓝。
25、刺激性气味的气体是_。 产生该气体的离子方程式是_。（4）在NaOH溶液中加入铝粉，结果只检验出有H2生成，其化学方程式是_。 （5）实验结果证实：NO3在酸、碱性环境中都有一定的氧化性，能氧化铝单质，产生含氮化合物。习题中的无色溶液一定能大量存在的是Na+和OH-。 13.（15分） 某课外活动小组探究镁与CO2、NO2的反应（1）实验发现点燃的镁条能在CO2气体中继续燃烧，产生黑、白两种固体，请用化学反应 解释该现象 。（2）该小组采用类比Mg与CO2反应的思路对Mg与NO2的反应进行预测：写出Mg与NO2反应的化学方程式 。（3）设计实验验证猜测（用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸）资料信
26、息：2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O 装置A中的试剂是 。 干燥管和装置B的作用分别是 、 。 实验开始时正确的操作步骤是 。 a.通入NO2 b.打开弹簧夹 c.点燃酒精灯 d.当硬质玻璃管充满红综色气体后，关闭弹簧夹 （4）实验结束时，同学们观察到与预测相符合的现象，但当用水洗涤硬质玻璃管时，固 体遇水产生有刺激性气味的气体，该气体能使湿润的石蕊试纸变蓝。 同学们认为硬质玻璃管中还发生了另一个反应，该反应为 。 请用化学方程式解释加水产生该气体的原因 。14（14分）高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿（主要成分MnO2）制备高锰酸钾的一种工艺流程。 滤渣 软锰矿 滤液 . 高纯MnO2 请回答：（1）KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒机理与_相同（填字母）。a. NaClO溶液 b. 双氧水 c. 苯酚 d. 75%的酒精（2）操作的名称是_；硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生主要反应的化学方程式为 。（3）上述流程中可以循环使用的物质有 （填化学式）。若不考虑物质循环与制备过程中的损失，则1 mol MnO2可制得_mol KMnO4。（4）MnO2在酸性
