Question

【題目】鋁是重要的金屬材料，鋁土礦(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3雜質(zhì))是工業(yè)上制取鋁的原料。實驗室模擬工業(yè)上以鋁土礦為原料制取Al2(SO4)3和銨明礬晶體[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工藝流程如圖所示：

請回答下列問題：

（1）固體a的化學(xué)式為________。

（2）寫出Ⅱ中加過量的燒堿涉及到的反應(yīng)離子方程式______________、_____________；Ⅲ中通入足量CO2氣體發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________。

（3）由Ⅲ中得到濾液c的實驗操作為__________，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實驗操作依次為(填操作名稱)________、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌。

（4）將NH4Al(SO4)2溶液和Ba(OH)2溶液,按物質(zhì)的量比1：2混合，寫出離子方程式為_______________。

（5）若同時制取銨明礬和硫酸鋁，通過控制硫酸的用量調(diào)節(jié)兩種產(chǎn)品的產(chǎn)量。若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質(zhì)的量之比為1∶1，則投料時鋁土礦中的Al2O3和H2SO4的物質(zhì)的量之比為________。

Answer 1

【答案】SiO2 Al3+ + 4OH-= AlO2—+2H2O Fe3+ + 3OH- =Fe(OH)3↓ AlO2—＋CO2＋2H2O=HCO3—＋Al(OH)3↓ 過濾 蒸發(fā)濃縮 NH4+ +Al3+ + 2SO42-+2Ba2+ +4OH-=NH3H20 + Al(OH)3↓ + 2BaSO4 ↓ 3∶10

【解析】

鋁土礦用鹽酸溶解，Al2O3、Fe2O3反應(yīng)得到AlCl3、FeCl3，SiO2不與鹽酸反應(yīng)，過濾得到固體a為SiO2，濾液中含有AlCl3、FeCl3及剩余的HCl，再加入過量的燒堿，反應(yīng)得到氫氧化鐵沉淀、偏鋁酸鈉、氯化鈉，過濾，紅褐色沉淀b為氫氧化鐵，溶液中含有偏鋁酸鈉、氯化鈉及剩余的NaOH，通入過量的二氧化碳，反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，過濾，濾液c中含有氯化鈉、碳酸氫鈉，將沉淀加熱分解得到氧化鋁，用硫酸溶解得到硫酸鋁溶液，再通入氨氣，得到銨明礬溶液，最后經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等操作得到銨明礬晶體；根據(jù)NH4Al(SO4)2溶液和Ba(OH)2溶液,按物質(zhì)的量比1：2混合反應(yīng)規(guī)律完成問題（4）的離子方程式的書寫；設(shè)制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)212H2O的物質(zhì)的量都是1mol，根據(jù)Al3+和SO42-守恒計算，完成問題（5）解答。

鋁土礦用鹽酸溶解，Al2O3、Fe2O3反應(yīng)得到AlCl3、FeCl3，SiO2不與鹽酸反應(yīng)，過濾得到固體a為SiO2，濾液中含有AlCl3、FeCl3及剩余的HCl，再加入過量的燒堿，反應(yīng)得到氫氧化鐵沉淀、偏鋁酸鈉、氯化鈉，過濾，紅褐色沉淀b為氫氧化鐵，溶液中含有偏鋁酸鈉、氯化鈉及剩余的NaOH，通入過量的二氧化碳，反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，過濾，濾液c中含有氯化鈉、碳酸氫鈉，將沉淀加熱分解得到氧化鋁，用硫酸溶解得到硫酸鋁溶液，再通入氨氣，得到銨明礬溶液，最后經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等操作得到銨明礬晶體；

（1）結(jié)合以上分析可知，鋁土礦中Al2O3和Fe2O3能溶于鹽酸，SiO2不溶于鹽酸，所以固體a的化學(xué)式為SiO2；

綜上所述，本題答案是; SiO2。

（2）結(jié)合以上分析可知，鋁土礦中Al2O3和Fe2O3能溶于鹽酸，生成氯化鋁和氯化鐵，向溶液中加入過量的燒堿，Al3+變?yōu)锳lO2—，F(xiàn)e3+變?yōu)镕e(OH)3沉淀，所以Ⅱ中加過量的燒堿反應(yīng)離子方程式為：Al3+ +4OH-= AlO2—+2H2O，F(xiàn)e3+ +3OH- =Fe(OH)3↓；偏鋁酸鈉溶液中通入足量CO2氣體反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，離子方程式為：AlO2—＋CO2＋2H2O=HCO3—＋Al(OH)3↓；

綜上所述，本題答案是：Al3+ +4OH-= AlO2—+2H2O，F(xiàn)e3+ +3OH- =Fe(OH)3↓；AlO2—＋CO2＋2H2O=HCO3—＋Al(OH)3↓。

（3）結(jié)合以上分析可知，由Ⅲ中反應(yīng)生成了氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉溶液，因此可以采用過濾的方法進行分離；從溶液中得到晶體的操作一般為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌；所以從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實驗操作還缺少蒸發(fā)濃縮；

綜上所述，本題答案是：過濾；蒸發(fā)濃縮。

（4）將NH4Al(SO4)2溶液和Ba(OH)2溶液，按物質(zhì)的量比1：2混合，反應(yīng)生成一水合氨、硫酸鋇沉淀、氫氧化鋁沉淀；離子方程式為NH4++Al3+ +2SO42-+2Ba2++4OH-=NH3H20 + Al(OH)3↓+2BaSO4↓；

綜上所述，本題答案是：NH4+ +Al3+ +2SO42-+2Ba2+ +4OH-=NH3H20 +Al(OH)3↓+2BaSO4↓。

（5）設(shè)制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)212H2O的物質(zhì)的量都是1mol，則Al3+共3mol，SO42-共5mol，根據(jù)Al3+和SO42-守恒可得，加入Al2O3和H2SO4的物質(zhì)的量之比為3/2:5=3:10。

綜上所述，本題答案是：3∶10。