Question

鋁及其化合物在生產生活中應用廣泛．
（1）Al₄C₃用于冶金及催化劑．與鹽酸反應（產物之一是含氫量最高的烴）的化學方程式是：

 

；14.4g Al₄C₃與鹽酸反應產生的氣體是

 

L（標準狀況）．
（2）AlN用于電子儀器．AlN中常混有少量碳，將一定量含雜質碳的AlN樣品置于密閉反應器中，通入4.032L（標準狀況下的）O₂，在高溫下充分反應后測得氣體的密度為1.34g/L（已折算成標準狀況，AlN不跟O₂反應），則所得氣體的摩爾質量為

 

g/mol，該氣體的成分是

 

（寫化學式），該樣品中含雜質碳

 

g．
（3）氯李子插層鎂鋁水滑石是一種新型的離子交換材料．制備這種水滑石的過程是：MgCl₂、AlCl₃、NaOH、NaCl溶液，按一定比例混合，在65℃充分反應后，經過濾、洗滌、干燥得到該水滑石．為確定該水滑石的成分，進行下列操作：①取26.65g樣品，在高溫下使其充分分解，得到金屬氧化物和氣體，氣體一次通過足量的濃硫酸和濃氫氧化鈉溶液，這兩種液體分別增重9.9g和3.65g；將金屬氧化物在無色火焰上灼燒，火焰仍無色．②另取26.65g樣品，加入足量的稀硝酸，使其完全溶解，再加入NaOH溶液至過量，最終得到11.6g白色沉淀．通過計算確定氯離子插層鎂鋁水滑石的化學式．
（4）氯離子插層鎂鋁水滑石在空氣中放置，緩慢與CO₂反應，部分氯離子會被碳酸根離子代替．26.65g樣品在空氣中放置一段時間后質量變為25.925g，則碳酸根離子代替部分氯離子的水滑石的化學式是

 

，此過程的化學方程式

 

．

Answer 1

分析：（1）含氫量最高的烴為甲烷，則Al₄C₃與鹽酸反應生成甲烷和氯化鋁；結合方程式計算；
（2）反應產物可能CO₂、CO或CO₂和CO、CO₂和O₂的混合氣體，根據氣體產物的密度可計算出氣體產物的平均相對分子質量為30，所以生成氣體必定是CO₂和CO混合氣體．設混合氣體中含有CO₂xmol，CO ymol，根據氧原子守恒和平均相對分子質量的計算，列放出計算x、y的值，樣品中n（C）=（x+y）mol，據此計算樣品中碳的質量；
（3）①取26.65g樣品，在高溫下使其充分分解，得到金屬氧化物和氣體，氣體應為H₂O和HCl，氣體一次通過足量的濃硫酸和濃氫氧化鈉溶液，這兩種液體分別增重9.9g和3.65g，則m（H₂O）=9.9g，m（HCl）=3.65g；將金屬氧化物在無色火焰上灼燒，火焰仍無色，說明不含鈉元素，②另取26.65g樣品，加入足量的稀硝酸，使其完全溶解，再加入NaOH溶液至過量，最終得到11.6g白色沉淀，該沉淀為Mg（OH）₂；
（4）設1mol該化合物吸收amolCO₂，則消耗amol水，替換2amol氯離子，即該化合物的化學式：Mg₂Al（OH）₆（CO₃）_1-2aCl?（3-a）H₂O，結合質量守恒計算．

解答：解：（1）Al₄C₃與鹽酸反應的化學方程式：Al₄C₃+12HCl═4AlCl₃+3CH₄↑，n（Al₄C₃）=

14.4g

144g/mol

=0.1mol，由方程式可知生成0.3molCH₄，
則V（CH₄）=0.3mol×22.4L/mol=6.72L，
故答案為：Al₄C₃+12HCl═4AlCl₃+3CH₄↑；6.72；
（2）在高溫下充分反應后測得氣體的密度為1.34g/L則M=1.34g/L×22.4L/mol=30g/mol，
所以生成氣體必定是CO₂和CO混合氣體．設混合氣體中含有CO₂xmol，CO ymol，根據氧原子守恒有2x+y=

4.034L

22.4L/mol

×2=0.36…①，
根據平均相對分子質量有44x+28y=30（x+y）…②，
聯立方程解得：x=0.04，y=0.28．所以樣品中C的質量為：（0.04+0.28）×12=3.84g，
故答案為：30；CO₂和CO；3.84；
（3）氣體一次通過足量的濃硫酸和濃氫氧化鈉溶液，這兩種液體分別增重9.9g和3.65g，則m（H₂O）=9.9g，m（HCl）=3.65g，
則n（H₂O）=0.55mol，n（HCl）=0.1mol，
設氯離子插層鎂鋁水滑石的化學式為Mg_xAl_yH_zO_wCl_p，
另取26.65g樣品，加入足量的稀硝酸，使其完全溶解，再加入NaOH溶液至過量，最終得到11.6g白色沉淀，該沉淀為Mg（OH）₂，
則m（MgO）=

11.6g

58g/mol

×40g/mol=8g，n（MgO）=

8g

40g/mol

=0.2mol，
根據質量守恒定律可知m（Al₂O₃）=（26.65-9.9-3.65-8）g=5.1g，
n（Al₂O₃）=

5.1g

102g/mol

=0.05mol，
則n（Mg）=0.2mol，n（Al）=0.1mol，n（H）=0.55mol×2+0.1mol=1.2mol，n（O）=0.55mol+0.2mol+0.05mol×3=0.9mol，n（Cl）=0.1mol，
則x：y：z：w：p=2：1：12：9：1，
所以氯離子插層鎂鋁水滑石的化學式為Mg₂AlH₁₂O₉Cl，可寫為Mg₂Al（OH）₆Cl?3H₂O，
答：氯離子插層鎂鋁水滑石的化學式為Mg₂Al（OH）₆Cl?3H₂O；
（4）設1mol該化合物吸收amolCO₂，則消耗amol水，替換2amol氯離子，即該化合物的化學式：Mg₂Al（OH）₆（CO₃）_1-2aCl?（3-a）H₂O，
這個固體也是0.1mol，則M=25.925g/mol，
解得a=0.25，
即所得化合物的化學式為Mg₂Al（OH）₆（CO₃）_0.5Cl?2.75H₂O，
化學方程式為：4Mg₂Al（OH）₆Cl?3H₂O+CO₂=4Mg₂Al（OH）₆（CO₃）_0.5Cl?2.75H₂O+2HCl，
故答案為：Mg₂Al（OH）₆（CO₃）_0.5Cl?2.75H₂O；4Mg₂Al（OH）₆Cl?3H₂O+CO₂=4Mg₂Al（OH）₆（CO₃）_0.5Cl?2.75H₂O+2HCl．

點評：本題考查混合物以及化學方程式的計算，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，為高頻考點，注意結合質量守恒計算該題，難度較大．