Question

氧化铝在工业上有着广泛的应用。（写出计算过程）

（1）制取净水剂氯化铝。其原理为：Al₂O₃＋3C＋3Cl₂2AlCl₃＋3CO。25.5g 氧化铝、3.6g 碳、4.48L（标准状态）氯气混合后在高温下反应，理论上可得氯化铝_____克。

（2）向100g氢氧化钠溶液中加入10g 氧化铝，充分反应后，剩余固体4.9克。测得所得溶液的密度为1.051g/cm³ 。则所得溶液的物质的量浓度为______________。

（3）超细氮化铝粉末被广泛应用于大规模集成电路生产等领域。其制取原理为：Al₂O₃＋N₂＋3C2AlN＋3CO。由于反应不完全，氮化铝产品中往往含有炭和氧化铝杂质。

① 取一定量样品置于反应器中，通入2.016L（标准状况）O₂，在高温下充分反应后测得气体的密度为1.34g·L^－1（已折算成标准状况，AIN不跟O₂反应）。该样品中含杂质炭__________g。

② 向①中反应后的容器中加入过量的NaOH浓溶液共热并蒸干，AlN跟NaOH溶液反应生成NaAlO₂，得到氨气3.36L（标准状况）及16.38g的固体。再将该固体配成溶液，向其中慢慢加入1mol/L盐酸，当加到20mL时开始产生沉淀。求该样品中的AlN的质量分数为________。（用小数表示，保留2位小数）

（4）用氧化铝为原料可制得含铝化合物X。取6.9gX放入100mL水中完全溶解，溶液呈弱酸性。取出10mL加入过量盐酸，无气泡，再加入过量氯化钡有白色沉淀0.932g 。另取10mL样品，慢慢滴加氢氧化钠溶液直至过量，过程中出现的现象为出现白色沉淀→沉淀逐渐增多→沉淀不再变化→沉淀开始减少→沉淀全部消失。若改用氨水做上述实验最终可得0.156g沉淀。经测定X中含氢量为4.64% 。求化合物X的化学式_______。

Answer

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

【解析】（1）25.5g 氧化铝为25.5g÷102g/mol=0.25mol，3.6g 碳为3.6g÷12g/mol=0.3mol，4.48L（标准状态）氯气为4.48L÷22.4mol/L=0.2mol，若0.2mol完全反应，则：

Al2O3＋3C＋3Cl22AlCl3＋3CO

0.067mol 0.2mol 0.2mol

氯气不足，故生成氯化铝为0.2mol×2/3×133.5g/mol=17.8g；

（2）氧化铝有剩余，说明氢氧化钠完全反应，参加反应的氧化铝为10g-4.9g=5.1g，溶液质量为100g+5.1g=105.1g，根据Al原子守恒，NaAlO2物质的量=5.1g/102g/mol×2=0.1mol，溶液体积V=105.1g/1051g/L=0.1L，所得溶液物质的量浓度为0.1mol/0.1L

=1mol/L；

（3）① 气体产物的平均摩尔质量=1.34g•L-1×22.4L/mol=30g/mol，氧气不足，生成气体是CO和CO2混合气体，CO与CO2的物质的量之比为（44-30）：（30-28）=7：1，氧气的物质的量为2.016L/22.4L/mol=0.09mol，设CO2为y mol，由氧原子守恒：7y+2y=0.09×2，解得x=0.02，故碳元素质量为（0.02mol+0.02mol×7）×12g/mol=1.92g；②生成氨气物质的量为3.36L÷22.4L/mol=0.15mol，根据N原子守恒，生成AlN的物质的量为0.15mol，质量为0.15mol×41g/mol=6.15g、消耗盐酸是0.02mol，则氢氧化钠是0.02mol×40g/mol＝0.8g，所以偏铝酸钠的质量是16.38g－0.8g＝15.58g，物质的量是15.58g÷82g/mol＝0.19mol，因此原样品中氧化铝是，该样品中的AlN的质量分数为；（4）取出10mL溶液，加入过量盐酸，无气泡，再加入过量氯化钡有白色沉淀0.932g，说明含有SO42-，则n（SO42-）=n（BaSO4）=0.932g÷233g/mol=0.004mol；另取10mL样品，用慢慢滴加氨水至过量，最多可得到0.156g沉淀，沉淀为Al（OH）3，n（Al3+）=n[Al（OH）3]=0.156g÷78g/mol=0.002mol，若改用氢氧化钠溶液直至过量，可收集到44.8mL的气体（标准状况），说明含有NH4+，则n（NH4+）=n（NH3）=0.0448L÷22.4L/mol=0.002mol，10mL溶液中NH4+、Al3+、SO42-的总质量为0.004mol×96g/mol+0.002mol×27g/mol+0.002mol×18g/mol=0.474g＜6.9g/10

=0.69g，故还含有结晶水，含有结晶水的物质的量为(0.69g−0.474g)/18g/mol=0.012mol，

则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的化学式为：NH4Al(SO4)2·6H2O。