Question

【題目】氧化鋁在工業上有著廣泛的應用。（寫出計算過程）

（1）制取凈水劑氯化鋁。其原理為：Al2O3＋3C＋3Cl22AlCl3＋3CO。25.5g 氧化鋁、3.6g 碳、4.48L（標準狀態）氯氣混合后在高溫下反應，理論上可得氯化鋁_____克。

（2）向100g氫氧化鈉溶液中加入10g 氧化鋁，充分反應后，剩余固體4.9克。測得所得溶液的密度為1.051g/cm3 。則所得溶液的物質的量濃度為______________。

（3）超細氮化鋁粉末被廣泛應用于大規模集成電路生產等領域。其制取原理為：Al2O3＋N2＋3C2AlN＋3CO。由于反應不完全，氮化鋁產品中往往含有炭和氧化鋁雜質。

① 取一定量樣品置于反應器中，通入2.016L（標準狀況）O2，在高溫下充分反應后測得氣體的密度為1.34g·L－1（已折算成標準狀況，AIN不跟O2反應）。該樣品中含雜質炭__________g。

② 向①中反應后的容器中加入過量的NaOH濃溶液共熱并蒸干，AlN跟NaOH溶液反應生成NaAlO2，得到氨氣3.36L（標準狀況）及16.38g的固體。再將該固體配成溶液，向其中慢慢加入1mol/L鹽酸，當加到20mL時開始產生沉淀。求該樣品中的AlN的質量分數為________。（用小數表示，保留2位小數）

（4）用氧化鋁為原料可制得含鋁化合物X。取6.9gX放入100mL水中完全溶解，溶液呈弱酸性。取出10mL加入過量鹽酸，無氣泡，再加入過量氯化鋇有白色沉淀0.932g 。另取10mL樣品，慢慢滴加氫氧化鈉溶液直至過量，過程中出現的現象為出現白色沉淀→沉淀逐漸增多→沉淀不再變化→沉淀開始減少→沉淀全部消失。若改用氨水做上述實驗最終可得0.156g沉淀。經測定X中含氫量為4.64% 。求化合物X的化學式_______。

Answer 1

【答案】 17.8g 1mol/L 1.92g 0.61 （60.83%亦可） NH4Al(SO4)2·6H2O

【解析】（1）25.5g 氧化鋁為25.5g÷102g/mol=0.25mol，3.6g 碳為3.6g÷12g/mol=0.3mol，4.48L（標準狀態）氯氣為4.48L÷22.4mol/L=0.2mol，若0.2mol完全反應，則：

Al2O3＋3C＋3Cl22AlCl3＋3CO

0.067mol 0.2mol 0.2mol

氯氣不足，故生成氯化鋁為0.2mol×2/3×133.5g/mol=17.8g；

（2）氧化鋁有剩余，說明氫氧化鈉完全反應，參加反應的氧化鋁為10g-4.9g=5.1g，溶液質量為100g+5.1g=105.1g，根據Al原子守恒，NaAlO2物質的量=5.1g/102g/mol×2=0.1mol，溶液體積V=105.1g/1051g/L=0.1L，所得溶液物質的量濃度為0.1mol/0.1L

=1mol/L；

（3）① 氣體產物的平均摩爾質量=1.34gL-1×22.4L/mol=30g/mol，氧氣不足，生成氣體是CO和CO2混合氣體，CO與CO2的物質的量之比為（44-30）：（30-28）=7：1，氧氣的物質的量為2.016L/22.4L/mol=0.09mol，設CO2為y mol，由氧原子守恒：7y+2y=0.09×2，解得x=0.02，故碳元素質量為（0.02mol+0.02mol×7）×12g/mol=1.92g；②生成氨氣物質的量為3.36L÷22.4L/mol=0.15mol，根據N原子守恒，生成AlN的物質的量為0.15mol，質量為0.15mol×41g/mol=6.15g、消耗鹽酸是0.02mol，則氫氧化鈉是0.02mol×40g/mol＝0.8g，所以偏鋁酸鈉的質量是16.38g－0.8g＝15.58g，物質的量是15.58g÷82g/mol＝0.19mol，因此原樣品中氧化鋁是，該樣品中的AlN的質量分數為；（4）取出10mL溶液，加入過量鹽酸，無氣泡，再加入過量氯化鋇有白色沉淀0.932g，說明含有SO42-，則n（SO42-）=n（BaSO4）=0.932g÷233g/mol=0.004mol；另取10mL樣品，用慢慢滴加氨水至過量，最多可得到0.156g沉淀，沉淀為Al（OH）3，n（Al3+）=n[Al（OH）3]=0.156g÷78g/mol=0.002mol，若改用氫氧化鈉溶液直至過量，可收集到44.8mL的氣體（標準狀況），說明含有NH4+，則n（NH4+）=n（NH3）=0.0448L÷22.4L/mol=0.002mol，10mL溶液中NH4+、Al3+、SO42-的總質量為0.004mol×96g/mol+0.002mol×27g/mol+0.002mol×18g/mol=0.474g＜6.9g/10

=0.69g，故還含有結晶水，含有結晶水的物質的量為(0.69g0.474g)/18g/mol=0.012mol，

則n（NH4+）：n（Al3+）：n（SO42-）：n（H2O）=0.002：0.002：0.004：0.12=1：1：2：6，故化合物X的化學式為：NH4Al(SO4)2·6H2O。