Question

11．無水氯化鋁在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛．
（1）將氯化鋁水溶液加熱蒸干并灼燒得到的固體產(chǎn)物是Al₂O₃．
（2）工業(yè)上用鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，含有Fe₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）制取無水氯化鋁的一種工藝流程示意如圖：

已知：

物質(zhì)	SiCl4	AlCl3	FeCl3[來	FeCl2
沸點(diǎn)/℃	57.6	180（升華）	300（升華）	1023

①步驟Ⅰ中焙燒使固體水分揮發(fā)、氣孔數(shù)目增多，其作用是防止后續(xù)步驟生成的AlCl₃水解或增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率（寫出兩種）．
②步驟Ⅱ中若不通入氯氣和氧氣，則反應(yīng)生成相對原子質(zhì)量比硅大的單質(zhì)的反應(yīng)方程式是Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;950℃\;}}{\;}$2Fe+3CO↑．
③已知：
Al₂O₃（s）+3C（s）═2Al（s）+3CO（g）△H₁=+1344.1kJ•mol^-1
2AlCl₃（g）═2Al（s）+3Cl₂（g）△H₂=+1169.2kJ•mol^-1
由Al₂O₃、C和Cl₂反應(yīng)生成AlCl₃的熱化學(xué)方程式為Al₂O₃（s）+3C（s）+3Cl₂（g）=2AlCl₃（g）+3CO（g）△H=+174.9kJ/mol．
④步驟Ⅲ經(jīng)冷卻至室溫后，氣體用足量的NaOH冷溶液吸收，生成的鹽主要有3種，其化學(xué)式分別為NaCl、NaClO、Na₂CO₃⑤結(jié)合流程及相關(guān)數(shù)據(jù)分析，步驟Ⅴ中加入鋁粉的目的是除去FeCl₃，提高AlCl₃純度．
⑥在Ⅰ至Ⅴ中涉及到氧化還原反應(yīng)的有Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ．

Answer 1

分析 （1）氯化鋁為強(qiáng)酸弱堿鹽，水解生成氫氧化鋁和鹽酸，加熱促進(jìn)水解且產(chǎn)生的氯化氫不斷揮發(fā)使水解徹底，最后生成氫氧化鋁，灼燒氫氧化鋁使其分解；
（2）用鋁土礦制取無水氯化鋁工藝流程：鋁土礦粉和焦炭在300℃焙燒，固體水分揮發(fā)、氣孔數(shù)目增多，固體混合物和氯氣、氧氣在950℃加熱，Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂先被焦炭還原為Al、Fe、Si，該過程生成CO，后Al、Fe、Si分別和Cl₂反應(yīng)生成對應(yīng)的氯化物，即SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃，CO和O₂反應(yīng)生成CO₂，后冷卻到100℃，尾氣為CO₂、多余的Cl₂，O₂，SiCl₄，以及AlCl₃和FeCl₃變成固體，得到氯化鋁的粗品，加入氯化鈉熔融，鋁的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于鐵，加鋁粉，可以將氯化鋁的粗品中的氯化鐵中的鐵置換出來，生成鐵和氯化鋁，在300℃，廢渣為Fe，得到成品氯化鋁，
①步驟1中焙燒固體：水分揮發(fā)其作用是防止后續(xù)步驟生成的水解，氣孔數(shù)目增多其作用是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率；
②根據(jù)物質(zhì)中含有的元素組成可知：若步驟Ⅱ中不通入氯氣和氧氣，則焦炭還原氧化鐵反應(yīng)生成相對原子質(zhì)量比硅大的單質(zhì)是鐵；
③根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知方程式構(gòu)建目標(biāo)方程式求解；
④步驟Ⅲ經(jīng)冷卻至室溫后，氣體用足量的NaOH冷溶液吸收，Cl₂和NaOH溶液反應(yīng)生成NaCl、NaClO和H₂O，CO₂和NaOH溶液反應(yīng)生成Na₂CO₃和H₂O；
⑤在氯化鋁的粗品中加入NaCl后熔融能降低FeCl₃的熔點(diǎn)，由于鋁的活動(dòng)性比鐵強(qiáng)，在步驟V中加入鋁粉，就可以將鐵置換出來，達(dá)到除去雜質(zhì)，提高AlCl₃純度的目的；
⑥在Ⅰ中一氧化碳作還原劑，在Ⅱ中氧氣、氯氣作氧化劑，在Ⅴ中鋁粉作還原劑，故Ⅰ至Ⅴ中涉及到氧化還原反應(yīng)的有Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ．

解答 解：（1）氯化鋁為強(qiáng)酸弱堿鹽，水解生成氫氧化鋁和鹽酸，加熱促進(jìn)水解且產(chǎn)生的氯化氫不斷揮發(fā)使水解徹底，生成氫氧化鋁，灼燒氫氧化鋁，得到氧化鋁和水；
故答案為：Al₂O₃；
（2）①步驟1中鋁土礦粉和焦炭在300℃焙燒，因后續(xù)步驟反應(yīng)生成氯化鋁等強(qiáng)酸弱堿鹽易水解，固體水分在焙燒的過程中揮發(fā)，防止后續(xù)步驟生成的鹽水解、氣孔數(shù)目增多增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率，
故答案為：防止后續(xù)步驟生成的AlCl₃水解或增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率；
②根據(jù)物質(zhì)中含有的元素組成可知：若步驟Ⅱ中不通入氯氣和氧氣，F(xiàn)e₂O₃與焦炭發(fā)生氧化還原反應(yīng)，則反應(yīng)生成相對原子質(zhì)量比硅大的單質(zhì)是鐵，反應(yīng)方程式為：Fe₂O₃+3C $\frac{\underline{\;950℃\;}}{\;}$ 2Fe+3CO↑，
故答案為：Fe₂O₃+3C $\frac{\underline{\;950℃\;}}{\;}$ 2Fe+3CO↑；
③Ⅰ、Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（s）+3CO（g）△H₁=+1344.1kJ•mol^-1
Ⅱ、2AlCl₃（g）=2Al（s）+3Cl₂（g）△H₂=+1169.2kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將Ⅰ-Ⅱ可得：Al₂O₃（s）+3C（s）+3Cl₂（g）=2AlCl₃（g））+3CO（g）△H=（+1344.1kJ•mol^-1）-（+1169.2kJ•mol^-1）=+174.9KJ/mol，
故答案為：Al₂O₃（s）+3C（s）+3Cl₂（g）=2AlCl₃（g））+3CO（g）△H=+174.9KJ/mol；
④步驟Ⅲ經(jīng)冷卻至室溫后，氣體用足量的NaOH冷溶液吸收，Cl₂和NaOH溶液反應(yīng)生成NaCl、NaClO和H₂O，CO₂和NaOH溶液反應(yīng)生成Na₂CO₃和H₂O，所以生成的鹽的化學(xué)式為NaCl、NaClO和Na₂CO₃，
故答案為：NaCl、NaClO、Na₂CO₃；
⑤步驟Ⅲ得到氯化鋁的粗品，加入氯化鈉熔融能降低FeCl₃的熔點(diǎn)，鋁的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于鐵，加鋁粉，可以將氯化鋁的粗品中的氯化鐵中的鐵置換出來，生成鐵和氯化鋁，因AlCl₃在180℃升華，在300℃，廢渣為Fe，冷卻得到成品氯化鋁，
故答案為：除去FeCl₃，提高AlCl₃純度；
⑥在Ⅰ中一氧化碳作還原劑，在Ⅱ中氧氣、氯氣作氧化劑，在Ⅴ中鋁粉作還原劑，故Ⅰ至Ⅴ中涉及到氧化還原反應(yīng)的有Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ，
故答案為：Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ．

點(diǎn)評 本題考查工業(yè)上用鋁土礦鹽制取無水氯化鋁工藝，涉及硅、鐵、鋁及其化合物的性質(zhì)，注意鹽的水解、生產(chǎn)流程反應(yīng)條件的控制、熱化方程式的書寫、物質(zhì)反應(yīng)條件與產(chǎn)物的確定等，題目難度中等．