Question

铝（熔点660℃）是一种应用广泛的金属，镓（Ga）与铝同主族，曾被称为“类铝”，其氧化物和氢氧化物均为两性化合物。工业上以铝土矿（含有Al₂O₃、Ga₂O₃、SiO₂等物质）为原料提取Al₂O₃（熔点2045℃），并将Al₂O₃和冰晶石（Na₃AlF₆，六氟合铝酸钠）混合熔融后电解制得。回答下列问题：

（1）冶金工业上常用金属铝作还原剂冶炼钒、铬、锰等金属，写出铝与CrO₃在高温下反应的化学方程式 ___________________。

（2）操作I得到滤渣的主要成分有________________ 。

（3）将0.1 mol/L AlCl₃溶液和10% NH₄F溶液等体积混合，充分反应后滴加氨水，无沉淀析出。则AlCl₃与NH₄F反应的化学方程式为 ________________ ；该实验所用试管及盛装NH₄F溶液的试剂瓶均为塑料材质，原因是 _________________________。

（4）饮用水中的NO₃^-对人类健康会产生危害。为了降低饮用水中的NO₃^-的浓度，有研究人员建议在碱性条件下用铝粉将NO₃^-还原为N₂，该反应的离子方程式为_________ ，此方法的缺点是处理后的水中生成了AlO₂^-，仍然可能对人类健康产生危害，还需对该饮用水进行一系列后续处理。已知：25℃时，Ksp[Al(OH)₃]=1.3×10^-33，Al(OH)₃AlO₂^-+H⁺+H₂O   K=1.0×10^-13。25℃时，若欲使上述处理的水中AlO₂^-浓度降低到1.0×10^-6 mol/L，则应调节至pH=____，此时水中=__________。

（5）工业上常用碳棒作电极电解熔融氧化铝的方法冶炼铝（如图所示）。

①阴极电极反应式为________________________ 。

②工业生产中，阳极材料要定期补充，其原因是：____________________。

（6）下列有关推理不合理的是 ______。

a．工业上可以用热还原法来制取Ga

b．酸性：Al(OH)₃＞Ga(OH)₃

c．由最外层电子数相同可知，镓与铝的化学性质相似

d．可用GaCl₃溶液、氨水和盐酸设计实验证明Ga(OH)₃的两性

Answer

CrO3 + 2AlAl2O3 + Cr SiO2 AlCl3+6NH4F=(NH4)3AlF6+3NH4Cl NH4F电离出的F－水解生成HF，对玻璃有强腐蚀性而对塑料则无腐蚀性 10Al+6NO3－+4OH－=3N2↑+10AlO2－+2H2O 7 1.3×10－12 mol/L Al3+ +3e－ =Al 阳极产生的氧气与阳极材料中的碳发生反应 abd

【解析】考查化学工艺流程，（1）铝作还原剂，把Cr置换出来，其反应方程式为2Al＋CrO3Al2O3＋Cr；（2）Al2O3和Ga2O3都属于两性氧化物，SiO2属于酸性氧化物，因此试剂A应为酸，即滤渣的主要成分是SiO2；（3）根据题意，氯化铝和氟化铵反应生成六氟合铝酸铵和氯化铵，因此AlCl3与NH4F反应的方程式为AlCl3+6NH4F=(NH4)3AlF6+3NH4Cl；氟化铵中F－水解产生HF，氢氟酸腐蚀玻璃，因此实验所用试管及盛装NH4F溶液的试剂瓶均为塑料材质；（4）根据信息，Al被氧化成AlO2－，NO3－被还原成N2，因此离子反应方程式为10Al+6NO3－+4OH－=3N2↑+10AlO2－+2H2O ； 平衡常数K=c(AlO2－)×c(H＋)，因此c(H＋)=K/c(AlO2－)=1.0×10－13/1.0×10－6mol·L－1=1.0×10－7mol·L－1，即pH=7，c(Al3＋)=Ksp/c3(OH－)=1.3×10 －33/(1.0×10－7)3=1.3×10－12mol·L－1；（5）①阴极上发生还原反应，即阴极反应式为Al3＋＋3e－=Al；②阳极产生的氧气与阳极材料中的碳发生反应；（6）a、Al与Ga属于同主族，因此工业上常用电解法制取Ga，故a错误；b、溶液中通入过量的CO2，只有Al(OH)3沉淀生成，说明酸性强弱顺序是Ga(OH)3>H2CO3>Al(OH)3，故b错误；c、Ga与Al属于同主族，最外层电子数相同，化学性质相似，故c正确；d、根据氢氧化铝溶于强碱不溶于弱碱，因此用氢氧化钠替代氨水，故d错误。