Question

【題目】無水AlCl3是一種重要的化工原料。某課外活動小組嘗試制取無水AlCl3并進行相關(guān)探究。

資料信息:無水AlCl3在178℃升華，極易潮解，遇到潮濕空氣會產(chǎn)生白色煙霧。

（探究一）無水AlCl3的實驗室制備

利用下圖裝置，用干燥、純凈的氯氣在加熱條件下與純鋁粉反應(yīng)制取無水AlCl3。供選擇的藥品:①鋁粉②濃硫酸③稀鹽酸④飽和食鹽水⑤二氧化錳粉末⑥無水氯化鈣⑦稀硫酸⑧濃鹽酸⑨氫氧化鈉溶液。

(1)寫出裝置A發(fā)生的反應(yīng)方程式__________。

(2)裝置E需用到上述供選藥品中的________(填數(shù)字序號)，裝置F的作用是__________。

(3)寫出無水AlCl3遇到潮濕空氣發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式__________。

（探究二）離子濃度對氯氣制備的影響

探究二氧化錳粉末和濃鹽酸的反應(yīng)隨著鹽酸的濃度降低，反應(yīng)會停止的原因:

(4)提出假設(shè):假設(shè)1.Cl-濃度降低影響氯氣的生成；假設(shè)2.__________。

(5)設(shè)計實驗方案:(限選試劑:濃H2SO4、NaCl固體、MnO2固體、稀鹽酸)

步驟	實驗操作	預(yù)測現(xiàn)象和結(jié)論
①	往不再產(chǎn)生氯氣的裝置中，加入_____繼續(xù)加熱	若有黃綠色氣體生成，則假設(shè)1成立
②	__________	若有黃綠色氣體生成，則假設(shè)2成立

（探究三）無水AlCl3的含量測定及結(jié)果分析

取D中反應(yīng)后所得固體2.0g，與足量氫氧化鈉溶液反應(yīng)，測定生成氣體的體積(體積均換算成標(biāo)準狀況)，重復(fù)測定三次，數(shù)據(jù)如下:

	第一次實驗	第二次實驗	第三次實驗
D中固體用量	2.0g	2.0g	2.0g
氫氣的體積	334.5mL	336.0mL	337.5mL

(6)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計算所得固體中無水AlCl3的質(zhì)量分數(shù)_________。

(7)有人認為D中制得無水AlCl3的質(zhì)量分數(shù)偏低，可能的一種原因是__________。

Answer 1

【答案】 MnO2+4HCl△MnCl2+Cl2↑+2H2O ⑥ 吸收多余的氯氣以免污染空氣 AlCl3+3H2O==Al(OH)3+3HCl H+濃度降低影響氯氣的生成 NaCl固體 往不再產(chǎn)生氯氣的裝置中，加入濃H2SO4，繼續(xù)加熱 86.5% 制備的氯氣不足（或固體和氣體無法充分接觸；無水AlCl3發(fā)生升華，造成損失等）

【解析】本題分三塊，制備氯化鋁、氯化鋁的純度分析、探究實驗室制氯氣的反應(yīng)原理，其中氯化鋁制備是利用二氧化錳和濃鹽酸混合加熱制得氯氣與鋁粉共熱制備氯化鋁，實驗過程中要關(guān)注氯氣的凈化、保持無氧環(huán)境（防止生成氧化鋁）、干燥環(huán)境（防氯化鋁水解），并進行尾氣處理減少對環(huán)境的污染；氯化鋁樣品中可能混有鋁，利用鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成的氫氣測定鋁的含量，再計算出氯化鋁的純度；探究實驗室制備氯氣的原理可從二個方面氯離子濃度對實驗的影響和H+對實驗的影響，據(jù)此解答。

（1）實驗室用二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)制氯氣，反應(yīng)方程式為MnO2+4HCl(濃)△MnCl2+Cl2↑+2H2O；

（2）由于生成的氯化鋁易水解，則需要防止水蒸氣進入D裝置，因此裝置E中的藥品是無水氯化鈣，答案選⑥；氯氣有毒，需要尾氣處理，則裝置F的作用是吸收多余的氯氣以免污染空氣。

（3）無水氯化鋁遇水蒸汽發(fā)生水解反應(yīng)，則無水AlCl3遇到潮濕空氣發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為AlCl3+3H2O＝Al(OH)3+3HCl；

（4）根據(jù)實驗室利用濃鹽酸和二氧化錳混合加熱反應(yīng)原理可知，參加離子反應(yīng)的離子為氯離子和氫離子，因此另一種假設(shè)為H+濃度降低影響氯氣的生成；

（5）可通過向反應(yīng)裝置中添加NaCl固體的方法增加溶液里的氯離子濃度，添加濃硫酸的方法增加溶液里的H+濃度來驗證，即

步驟	實驗操作	預(yù)測現(xiàn)象和結(jié)論
①	往不再產(chǎn)生氯氣的裝置中，加入NaCl固體繼續(xù)加熱	若有黃綠色氣體生成，則假設(shè)1成立
②	往不再產(chǎn)生氯氣的裝置中，加入濃H2SO4，繼續(xù)加熱	若有黃綠色氣體生成，則假設(shè)2成立

；

（6）三次實驗收集到的氫氣平均值為（334.5mL+336.0mL+337.5mL）÷3=336.0mL，氫氣的物質(zhì)的量為0.336L÷22.4L/mol=0.015mol，根據(jù)2Al～3H2，可知鋁的物質(zhì)的量為0.015mol×2/3=0.01mol，質(zhì)量為0.01mol×27g/mol=0.27g，氯化鋁的質(zhì)量分數(shù)為(2.0g0.27g)/2.0g×100%=86.5%；

（7）根據(jù)反應(yīng)原理可知如果制得無水AlCl3的質(zhì)量分數(shù)偏低，則可能的原因是氯氣量不足，部分鋁未反應(yīng)生成氯化鋁，可導(dǎo)致氯化鋁含量偏低；固體和氣體無法充分接觸，部分鋁粉未被氯氣氧化，混有鋁，導(dǎo)致氯化鋁含量偏低；有少量氯化鋁升華，也能導(dǎo)致氯化鋁含量偏低。