Question

生活中常使用的鋁合金中的鋁來自于電解熔融氧化鋁．用于工業(yè)電解的氧化鋁要求其純度不得低于98.2%，而天然鋁土礦中的氧化鋁含量為50%～70%，雜質(zhì)主要為SiO₂、Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O等．工業(yè)生產(chǎn)鋁錠的工藝流程示意圖如下所示：

一些難溶物開始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Mg（OH）2
開始沉淀pH（離子初始濃度為0.01mol、L）	4	2.3	10.4
完全沉淀pH（離子濃度＜10-5mol/L）	5.2	4.1	12.4

請回答下列問題：
（1）加入鹽酸時，氧化鋁與鹽酸發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______．
（2）步驟②③④中操作的名稱為______．
（3）固體A的化學(xué)式為______；物質(zhì)C的化學(xué)式為______：溶液中的Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺是在步驟______中除去的．
（4）步驟③中調(diào)節(jié)溶液pH的數(shù)值范圍為______，步驟④中調(diào)節(jié)溶液pH的數(shù)值范圍為______．
（5）步驟⑥中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______冰晶石4Al+3O₂↑

Answer 1

【答案】分析：（1）氧化鋁和鹽酸反應(yīng)生成鹽和水；
（2）分離液態(tài)和不溶性固體采用過濾的方法；
（3）和鹽酸不反應(yīng)的固體是二氧化硅；根據(jù)原子守恒判斷加入的C物質(zhì)；在步驟④中利用物質(zhì)的溶解性除去Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）步驟③中調(diào)節(jié)溶液的pH，使鐵離子完全生成氫氧化鐵沉淀；步驟④中調(diào)節(jié)溶液pH，使鋁離子沉淀完全而亞鐵離子不產(chǎn)生沉淀；
（5）工業(yè)上采用電解熔融氧化鋁的方法冶煉鋁．
解答：解：（1）氧化鋁和鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁和水，離子反應(yīng)方程式為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，
故答案為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（2）分離液態(tài)和不溶性固體采用過濾的方法，故答案為：過濾；
（3）二氧化硅和鹽酸不反應(yīng)，所以A固體物質(zhì)是SiO₂，步驟③中加入的物質(zhì)C中和鹽酸，且除去鐵離子，應(yīng)該堿，一般常用NaOH  或Ca（OH）₂溶液，步驟④中調(diào)節(jié)溶液pH，使鋁離子完全沉淀，而其它離子不沉淀，所以溶液中的Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺是在步驟④中除去的，
故答案為：SiO₂；NaOH  或Ca（OH）₂；④；
（4）根據(jù)表格知，步驟③中要完全除去鐵離子，溶液的pH=4.1，pH=4時鋁離子開始沉淀，pH=5.2時鋁離子完全沉淀，所以要完全除去鐵離子，溶液的4.1＜pH＜4.5；
步驟④中要使鋁離子完全沉淀，溶液的pH=5.2，亞鐵離子開始沉淀溶液的pH=10.4，所以要使鋁離子沉淀完全而亞鐵離子不產(chǎn)生沉淀，則溶液的5.2＜pH＜10.4，
故答案為：4.1＜pH＜4.5；5.2＜pH＜10.4；
（5）工業(yè)上采用電解氧化鋁的方法冶煉鋁，反應(yīng)方程式為：2Al₂O₃4Al+3O₂↑，故答案為：2Al₂O₃4Al+3O₂↑．
點評：本題考查物質(zhì)的制備，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)來分析解答，難點是溶液pH的判斷，結(jié)合表格中的數(shù)據(jù)進行分析，難度中等．