Question

15．硝酸鋁是一種常用皮革鞣劑．工業(yè)上用鋁灰（主要合Al、A1₂O₃、Fe₂O₃等）制取硝酸鋁晶體[Al（NO₃）₃﹒nH₂O]的流程如下：

完成下列填空：
（1）用NaOH固體配制30%的NaOH溶液，所需的玻璃儀器除燒杯外，還有b．
a容量瓶    b量筒    c．燒瓶
（2）反應(yīng)Ⅱ中為避免鋁的損失，需要解決的問題是如何控制反應(yīng)終點(diǎn)（或硝酸的用量）．
（3）從反應(yīng)Ⅲ所得溶液中得到硝酸鋁晶體的步驟依次是：減壓蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、低溫烘干．
（4）有人建議將反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ合并以簡化操作，說明工業(yè)上不采用這種方法的原因產(chǎn)物中雜質(zhì)NaNO₃的含量較高．
（5）某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室用鋁灰制各硝酸鋁晶體，其流程如下：

氫氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3
開始沉淀pH	1.9	4.2
沉淀完全pH	3.2	5.4

調(diào)節(jié)pH的目的是將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀除去．為使得到的硝酸鋁晶體較純凈，所用的X物質(zhì)可以是BC（填編號(hào)）．
A．氨水          B．鋁         c．氫氧化鋁     D．偏鋁酸鈉
（6）該實(shí)驗(yàn)室制法與工業(yè)上制法相比，其缺點(diǎn)是產(chǎn)生大量污染性氣體NO等．
（7）稱取7.392g硝酸鋁晶體樣品，加熱灼燒使其分解完全，最終得到1.020gAl₂O₃，計(jì)算硝酸鋁晶體樣品中結(jié)晶水的數(shù)目為8.7．

Answer 1

分析 鋁灰用氫氧化鈉溶液溶解，鋁、氧化鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不反應(yīng)，過濾分離，濾液中含有偏鋁酸鈉、未反應(yīng)的NaOH，加入硝酸中和未反應(yīng)的氫氧化鈉，并將偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，再過濾分離，氫氧化鋁沉淀再用硝酸溶解，得到硝酸鋁溶液，經(jīng)過減壓蒸發(fā)得到硝酸鋁晶體．
（1）用天平稱量氫氧化鈉，用量筒量取水的體積，在燒杯中溶解，并用玻璃棒攪拌；
（2）硝酸屬于強(qiáng)酸，可以溶解氫氧化鋁沉淀，導(dǎo)致Al元素?fù)p失，應(yīng)控制硝酸用量，可以利用弱酸將偏鋁酸根轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀而不溶解；
（3）從反應(yīng)Ⅲ所得溶液中得到硝酸鋁晶體的步驟依次是：減壓蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、低溫烘干；
（4）產(chǎn)物中雜質(zhì)NaNO₃的含量較高；
（5）鋁灰用稀硝酸溶解，Al、A1₂O₃、Fe₂O₃均反應(yīng)得到硝酸鋁、硝酸鐵，加入X調(diào)節(jié)pH使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過濾除去，加入的X能與酸反應(yīng)切不能引入新雜質(zhì)；
（6）反應(yīng)會(huì)生成NO，污染空氣；
（7）硝酸鋁晶體分解得到氧化鋁、水，另外物質(zhì)相當(dāng)于N₂O₅，根據(jù)Al元素守恒計(jì)算硝酸鋁的物質(zhì)的量，
結(jié)合N原子守恒計(jì)算N₂O₅的質(zhì)量，可得結(jié)晶水的質(zhì)量，再計(jì)算結(jié)晶水的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算結(jié)晶水?dāng)?shù)目．

解答 解：鋁灰用氫氧化鈉溶液溶解，鋁、氧化鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不反應(yīng)，過濾分離，濾液中含有偏鋁酸鈉、未反應(yīng)的NaOH，加入硝酸中和未反應(yīng)的氫氧化鈉，并將偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，再過濾分離，氫氧化鋁沉淀再用硝酸溶解，得到硝酸鋁溶液，經(jīng)過減壓蒸發(fā)得到硝酸鋁晶體．
（1）用天平稱量氫氧化鈉，用量筒量取水的體積，在燒杯中溶解，并用玻璃棒攪拌，還需要量筒，
故答案為：b；
（2）硝酸屬于強(qiáng)酸，可以溶解氫氧化鋁沉淀，導(dǎo)致Al元素?fù)p失，需要解決的問題是：如何控制反應(yīng)終點(diǎn)（或硝酸的用量），可以將加入稀硝酸改為通入過量CO₂，避免氫氧化鋁沉淀溶解，
故答案為：如何控制反應(yīng)終點(diǎn)（或硝酸的用量）；
（3）從反應(yīng)Ⅲ所得溶液中得到硝酸鋁晶體的步驟依次是：減壓蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、低溫烘干，
故答案為：冷卻結(jié)晶、洗滌；
（4）反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ合并以簡化操作，產(chǎn)物中雜質(zhì)NaNO₃的含量較高，
故答案為：產(chǎn)物中雜質(zhì)NaNO₃的含量較高；
（5）鋁灰用稀硝酸溶解，Al、A1₂O₃、Fe₂O₃均反應(yīng)得到硝酸鋁、硝酸鐵，加入X調(diào)節(jié)pH使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過濾除去，
加入的X能與酸反應(yīng)切不能引入新雜質(zhì)，故不能選氨水、偏鋁酸鈉，可以選擇Al與氫氧化鋁，
故答案為：將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀除去；BC；
（6）Al與稀硝酸反應(yīng)會(huì)生成NO，污染空氣，
故答案為：產(chǎn)生大量污染性氣體NO等；
（7）硝酸鋁晶體分解得到氧化鋁、水，另外物質(zhì)相當(dāng)于N₂O₅，氧化鋁的物質(zhì)的量為$\frac{1.02g}{102g/mol}$=0.01mol，根據(jù)Al元素守恒，硝酸鋁的物質(zhì)的量為0.02mol，根據(jù)N原子守恒，可知N₂O₅為$\frac{0.02mol×3}{2}$=0.03mol，其質(zhì)量為0.03mol×108g/mol=3.24g，故結(jié)晶水為質(zhì)量為7.392g-1.02g-3.24g=3.132g，結(jié)晶水物質(zhì)的量為$\frac{3.132g}{18g/mol}$=0.174mol，故結(jié)晶水?dāng)?shù)目為$\frac{0.174mol}{0.02mol}$=8.7，
故答案為：8.7．

點(diǎn)評 本題考查實(shí)驗(yàn)制備方案，側(cè)重考查是對工藝流程的理解、分析與評價(jià)以及化學(xué)計(jì)算，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備知識(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用的能力，（7）中計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生不清楚發(fā)生的反應(yīng)導(dǎo)致無法計(jì)算，難度中等．