Question

14．無水AlCl₃可用有機(jī)合成的催化劑，食品膨松劑等．已知AlCl₃、FeCl₃分別在183℃、315℃時(shí)升華，無水AlCl₃遇潮濕空氣即產(chǎn)生大量白霧，
工業(yè)上由鋁土礦（主要成分是Al₂O₃和Fe₂O₃）和石油焦（主要成分是碳單質(zhì)）制備無水AlCl₃的流程如圖1：

（1）焙燒爐中發(fā)生反應(yīng)：①Fe₂O₃（s）+3C（s）?2Fe（s）+3CO（g）；
②3CO（g）+Fe₂O₃（s）?2Fe（s）+3CO₂（g）
則反應(yīng)②的平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$．
（2）氯化爐中Al₂O₃、Cl₂和C在高溫下發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2A1C1₃+3CO；爐氣中含有大量CO和少量Cl₂，可用Na₂SO₃溶液除去Cl₂，其離子方程式為SO₃^2-+C1₂+H₂O═SO₄^2-+2C1^-+2H⁺．
（3）精制無水AlCl₃的合格品中，AlCl₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得低于96%．現(xiàn)稱取16.25g精制后的無水AlCl₃樣品，溶于過量的NaOH溶液，過濾出沉淀物，沉淀物經(jīng)洗滌、灼燒、冷卻、稱重，其殘留固體質(zhì)量為0.16g．該樣品中AlCl₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%．
（4）實(shí)驗(yàn)室可用下列裝置制備無水AlCl₃．裝置A中的化學(xué)反應(yīng)方程式為MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O裝置B、C中應(yīng)盛放的試劑名稱分別為飽和食鹽水、濃硫酸，F(xiàn)中所盛放試劑是濃硫酸其作用是防止水蒸氣進(jìn)入E裝置．

Answer 1

分析 鋁土礦加入碳焙燒后加入氧化鋁和鐵于氯化爐中發(fā)生反應(yīng)氧化鋁解餓碳和氯氣加熱反應(yīng)生成氯化鋁和一氧化碳，AlCl₃、FeCl₃分別在183℃、315℃時(shí)升華，控制溫度升華氯化鋁得到；
（1）依據(jù)反應(yīng)②化學(xué)方程式書寫表達(dá)式，用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積；
（2）根據(jù)工藝流程可知升華器中含有AlCl₃等，所以Al₂O₃、C1₂和C反應(yīng)會(huì)生成A1C1₃，由冷凝器尾氣可知還會(huì)生成CO；Cl₂有強(qiáng)氧化性，將SO₃^2-氧化為SO₄^2-，自身被還原為2C1^-；
（3）制備無水AlCl₃含有雜質(zhì)FeCl₃，殘留固體質(zhì)量為0.32g為Fe₂O₃，根據(jù)鐵原子守恒計(jì)算FeCl₃質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算出AlCl₃的質(zhì)量，再根據(jù)產(chǎn)品的純度定義計(jì)算．
（4）A中的反應(yīng)是二氧化錳和濃鹽酸加熱發(fā)生的反應(yīng)，根據(jù)所給的裝置圖可知，B中的試劑為飽和食鹽水是為了除去混有的HCl氣體，C中是濃硫酸目的是除去水蒸氣；因?yàn)槁然�鋁易發(fā)生水解，故應(yīng)該防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入E裝置，而G是吸收空氣中的CO₂，所以F中試劑為濃硫酸防止水蒸氣進(jìn)入E收集瓶．

解答 解：Ⅰ、（1）②3CO（g）+Fe₂O₃（s）?2Fe（s）+3CO₂（g），反應(yīng)②的平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；
故答案為：$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；
（2）根據(jù)工藝流程可知氯化爐的產(chǎn)物，經(jīng)冷卻、升華可制備無水AlCl₃，說明氯化爐的產(chǎn)物中含有A1C1₃，冷凝器尾氣含有CO，所以Al₂O₃、C1₂和C反應(yīng)，生成A1C1₃和CO，反應(yīng)方程式為A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2A1C1₃+3CO，Cl₂有強(qiáng)氧化性，將SO₃^2-氧化為SO₄^2-，自身被還原為2C1^-．反應(yīng)離子方程式為SO₃^2-+C1₂+H₂O═SO₄^2-+2C1^-+2H⁺，
故答案為：A1₂O₃+3C1₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2A1C1₃+3CO；SO₃^2-+C1₂+H₂O═SO₄^2-+2C1^-+2H⁺；
（3）除雜過程中鐵離子與氫氧根離子結(jié)合成氫氧化鐵沉淀，鋁離子與氫氧根離子結(jié)合成偏鋁酸根和水，離子方程式為：Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，根據(jù)鐵原子守恒，令含有雜質(zhì)FeCl₃質(zhì)量為m，則：
Fe₂O₃～～～～～2FeCl₃
160 325
0.16g m
解得，m=0.325g，
所以AlCl₃產(chǎn)品的純度為$\frac{16.25g-0.325g}{16.25g}$×100%=98%，
故答案為：98%；
（4）A中的反應(yīng)是二氧化錳和濃鹽酸加熱發(fā)生的反應(yīng)，化學(xué)方程式為：MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，根據(jù)所給的裝置圖可知，B中的試劑為飽和食鹽水是為了除去混有的HCl氣體，C中是濃硫酸目的是除去水蒸氣；因?yàn)槁然�鋁易發(fā)生水解，故應(yīng)該防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入E裝置，而G是吸收空氣中的CO₂，所以F中試劑為濃硫酸防止水蒸氣進(jìn)入E收集瓶；
故答案為：MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，飽和食鹽水，濃硫酸，濃硫酸，防止水蒸氣進(jìn)入E裝置；

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生對(duì)于工藝流程原理的理解、對(duì)操作與實(shí)驗(yàn)條件控制的理解等，涉及常用化學(xué)用語書寫、化學(xué)計(jì)算、分離提純等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用能力，難度中等．