2025版高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)提升訓(xùn)練第三章金屬及其化合物第十講金屬材料與金屬的冶煉考點一鋁及其化合物微考點二含鋁化合物的制備與轉(zhuǎn)化

這是一份2025版高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)提升訓(xùn)練第三章金屬及其化合物第十講金屬材料與金屬的冶煉考點一鋁及其化合物微考點二含鋁化合物的制備與轉(zhuǎn)化，共6頁。
B．“樹脂凈化”的目的是將Al3＋與Fe3＋、Ca2＋分離
C．“蒸發(fā)結(jié)晶”前應(yīng)向氯化鋁溶液中加入鹽酸
D．循環(huán)使用X既降低成本，又防止污染環(huán)境
[思路點撥] 結(jié)合粉煤灰的主要成分、各步驟加入試劑及反應(yīng)等分析如下：
[解析] 由流程可知，加入鹽酸，過濾分離出的濾渣為SiO2，酸浸液中含Al3＋、Fe3＋、Ca2＋，“樹脂凈化”分離出Fe3＋、Ca2＋，AlCl3的酸性溶液可抑制Al3＋水解，蒸發(fā)結(jié)晶分離出的X為HCl，焙燒生成Al2O3和Y。只有二氧化硅不反應(yīng)，“濾渣”的主要成分是SiO2，A正確；由制備的最終產(chǎn)物Al2O3及流程可知，“樹脂凈化”的目的是將Al3＋與Fe3＋、Ca2＋分離，B正確；酸浸時鹽酸過量，“蒸發(fā)結(jié)晶”前溶液顯酸性，為AlCl3的酸性溶液，不需要加鹽酸，C錯誤；X為HCl，可在酸浸時循環(huán)使用，循環(huán)使用X既降低成本，又防止污染環(huán)境，D正確。
2．(2024·山西晉城高三檢測)“鋁渣”是鋁工業(yè)的副產(chǎn)品，主要成分為Al、AlF3、LiF、CaO。利用“鋁渣”制備Li2CO3的流程如圖所示：
已知：LiHCO3易溶于水；Li2CO3在不同溫度下的溶解度如下表。
回答下列問題。
(1)“酸浸”過程不能在玻璃反應(yīng)釜中進行，其主要原因是 生成的HF會腐蝕玻璃 。
(2)“沉淀”反應(yīng)得到沉淀中，其成分有CaCO3、 Li2CO3、Al(OH)3 。
(3)“轉(zhuǎn)化”步驟的目的是 將CaCO3、Li2CO3轉(zhuǎn)化為易溶于水的碳酸氫鹽，便于與Al(OH)3分離 。
(4)“除鈣”時溫度不能太高，否則會影響Li2CO3的產(chǎn)率，其原因是 2LiHCO3eq \(=====,\s\up9(高溫))Li2CO3＋CO2↑＋H2O (用化學(xué)方程式表示)。
(5)從“熱分解”后的溶液中獲得Li2CO3晶體的操作是蒸發(fā)結(jié)晶、 趁熱過濾 、洗滌、干燥。
(6)利用表中數(shù)據(jù)計算100 ℃時Li2CO3的Ksp近似值為 4×10－3 。
(7)以Li2CO3為原料采用固相法可制備鋰離子電池的正極材料LiMn2O4，其制備過程：將MnO2和Li2CO3按一定物質(zhì)的量之比配料，球磨后，高溫加熱，反應(yīng)過程會產(chǎn)生兩種氣體，則兩種氣體的物質(zhì)的量之比為 2∶1 (要求：密度大的氣體與密度小的氣體作比)。
[解析] “鋁渣”主要成分為Al、AlF3、LiF、CaO，經(jīng)濃硫酸酸浸后，氟化物轉(zhuǎn)化為HF氣體逸出，部分氧化鈣轉(zhuǎn)化為微溶的硫酸鈣以濾渣形式除去，得到的濾液中含鋁離子、鋰離子和少量鈣離子，再加入碳酸鈉溶液后，會生成CaCO3、Li2CO3、Al(OH)3沉淀，過濾后的濾液分離除去，濾渣中再通入二氧化碳和水，使其中的碳酸鹽轉(zhuǎn)化為可溶于水的碳酸氫鹽，從而過濾除去Al(OH)3沉淀，再加入磷酸鋰稀溶液使鈣離子轉(zhuǎn)化為磷酸鈣沉淀，達到“除鈣”目的，碳酸氫鋰溶液經(jīng)過熱分解和一系列操作生成碳酸鋰、二氧化碳和水。
(1)“酸浸”過程會產(chǎn)生HF，因為HF會腐蝕玻璃，所以不能在玻璃反應(yīng)釜中進行。
(2)依據(jù)上述分析可知，“沉淀”反應(yīng)得到沉淀中有CaCO3、Li2CO3、Al(OH)3。
(3)沉淀過程有CaCO3、Li2CO3、Al(OH)3生成，所以通入二氧化碳和水，會使CaCO3、Li2CO3分別轉(zhuǎn)化為可溶于水的Ca(HCO3)2、LiHCO3，再經(jīng)過濾可除去Al(OH)3沉淀。
(4)因為LiHCO3的性質(zhì)與NaHCO3相似，可推知，若溫度過高，LiHCO3受熱易分解，其化學(xué)方程式為2LiHCO3eq \(=====,\s\up9(高溫))Li2CO3＋CO2↑＋H2O。
(5)根據(jù)Li2CO3在不同溫度下的溶解度數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，Li2CO3的溶解度不斷減小，所以從“熱分解”后的溶液中獲得Li2CO3晶體的操作是蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾、洗滌、干燥。
(6)100 ℃時，Li2CO3的溶解度為0.740 g/100 g H2O，則溶質(zhì)Li2CO3的物質(zhì)的量為eq \f(0.740 g,74 g/ml)＝0.01 ml，其濃度約為eq \f(0.01 ml,0.100 L)＝0.1 ml/L，所以Ksp＝c2(Li＋)·c(COeq \\al(2－,3))＝4×10－3。
(7)MnO2和Li2CO3發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為LiMn2O4過程中，Mn元素化合價降低，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律可知，必有元素化合價升高，C元素和Li元素化合價均已是最高價，所以推知必產(chǎn)生O2，另一種氣體應(yīng)為CO2，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的配平原則可知，反應(yīng)的化學(xué)方程式為8MnO2＋2Li2CO3eq \(=====,\s\up9(△))4LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑，又因為密度CO2>O2，則兩種氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1。
歸納拓展：
含鋁雜質(zhì)的提純方法歸類
利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于強堿的特性，可除去許多物質(zhì)中的含鋁雜質(zhì)。如：
1 Mg(Al)：加足量NaOH溶液；
2 Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液；
3 Mg(OH)2[Al(OH)3]：加足量NaOH溶液；
4 Mg2＋(Al3＋)：加過量NaOH溶液，過濾，再加酸充分溶解。
【對點訓(xùn)練】
1．(2022·湖南卷，7)鋁電解廠煙氣凈化的一種簡單流程如下：
下列說法錯誤的是( C )
A．不宜用陶瓷作吸收塔內(nèi)襯材料
B．采用溶液噴淋法可提高吸收塔內(nèi)煙氣吸收效率
C．合成槽中產(chǎn)物主要有Na3AlF6和CO2
D．濾液可回收進入吸收塔循環(huán)利用
[解析] 煙氣中含有HF，陶瓷中含有二氧化硅，兩者會發(fā)生反應(yīng)：4HF＋SiO2===2H2O＋SiF4↑，對陶瓷造成腐蝕，A正確；噴淋液體，與煙氣逆向接觸，使得反應(yīng)物接觸面積增大，反應(yīng)速率快，可提高吸收效率，B正確；因為吸收塔中加入了過量的Na2CO3，吸收塔中的產(chǎn)物為NaHCO3、NaF，合成槽中反應(yīng)的物質(zhì)均為堿性物質(zhì)，故不能生成CO2，C錯誤；合成槽中會發(fā)生反應(yīng)：AlOeq \\al(－,2)＋HCOeq \\al(－,3)＋H2O===Al(OH)3↓＋COeq \\al(2－,3)，濾液中會含有Na2CO3，可進入吸收塔循環(huán)利用，D正確。
2．(2024·遼寧百校聯(lián)盟質(zhì)檢)粉煤灰是火力發(fā)電廠的廢渣，高鋁粉煤灰成分為51% Al2O3、33% SiO2、8% CaO、3% Fe2O3和5%的C。實驗室模擬工業(yè)從高鋁粉煤灰提取Al2O3的流程如圖。
查閱資料：粉煤灰中加入活化劑，在700 ℃煅燒2 h，隨后酸浸，能顯著提高其中氧化鋁和氧化鈣的溶出率。
回答下列問題：
(1)粉煤灰粉碎過篩的目的是 增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率 ，流程中制得的粗氧化鋁中含有的主要雜質(zhì)有 Fe2O3 (填化學(xué)式)。
(2)酸浸時 不能 (填“能”或“不能”)用稀硫酸代替鹽酸，原因為 若加入稀硫酸，生成的硫酸鋁加熱灼燒不能得到氧化鋁 。
(3)不同活化劑對酸浸時溶出率影響如表，酸浸時，為使氧化鋁的溶出率最高，則選擇的活化劑為 CH3COONa ；與溫度的關(guān)系如圖，則應(yīng)選擇的溫度為 170 ℃。
(4)加入NaF的目的是沉淀鈣離子，若使鈣離子完全沉淀[c(Ca2＋)