Question

19．NH₄Al（SO₄）₂是食品加工中最為快捷的食品添加劑，用于焙烤食品，工業(yè)上常用鋁土礦（主要成分是Al₂O₃和少量的SiO₂、Fe₂O₃雜質）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）廢渣a、b 的成分分別是SiO₂、Fe（OH）₃．
（2）Ⅲ中通入足量CO₂氣體發(fā)生反應的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O═HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（3）由Ⅴ制取銨明礬溶液的化學方程式為Al₂O₃+4H₂SO₄+2NH₃═2NH₄Al（SO₄）₂+3H₂O，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）蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌．
（3）以1 000kg含氧化鋁36%的鋁土礦為原料制取Al₂（SO₄）₃，需消耗18.4mol•L^-1的硫酸575.4L．
（4）若同時制取銨明礬和硫酸鋁，通過控制硫酸的用量調節(jié)兩種產品的產量．若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質的量之比為1：1，則投料時鋁土礦中的Al₂O₃和H₂SO₄的物質的量之比為3：10．

Answer 1

分析 鋁土礦用鹽酸溶解，Al₂O₃、Fe₂O₃反應得到AlCl₃、FeCl₃，SiO₂不與鹽酸反應，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、冷卻結晶、過濾等操作得到銨明礬晶體，
（1）Al₂O₃和Fe₂O₃能溶于鹽酸，SiO₂不溶于鹽酸，含有FeCl₃溶液中加入過量的燒堿，得到氫氧化鐵沉淀；
（2）碳酸的酸性強于偏鋁酸，故二氧化碳與偏鋁酸鈉生成氫氧化鋁沉淀；
（3）Al₂O₃與稀硫酸、氨氣反應生成銨明礬溶液；依據(jù)從可溶性溶液中獲取固體的實驗方法回答；
（3）依據(jù)化學反應方程式以及給出的數(shù)據(jù)計算即可；
（4）設制得的Al₂（SO₄）₃和NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O的物質的量都是1 mol，然后依據(jù)鋁離子與硫酸根的關系回答即可．

解答 解：鋁土礦用鹽酸溶解，Al₂O₃、Fe₂O₃反應得到AlCl₃、FeCl₃，SiO₂不與鹽酸反應，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、冷卻結晶、過濾等操作得到銨明礬晶體，
（1）根據(jù)上面的分析可知，廢渣a為、固體b為Fe（OH）₃，
故答案為：SiO₂；Fe（OH）₃；
（2）碳酸的酸性強于偏鋁酸，故二氧化碳與偏鋁酸鈉生成氫氧化鋁沉淀，反應的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O═HCO₃^-+Al（OH）₃↓，
故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（3）Al（OH）₃分解生成Al₂O₃，Al₂O₃與稀硫酸、氨氣反應生成銨明礬溶液，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實驗操作依次為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌，
故答案為：Al₂O₃+4H₂SO₄+2NH₃═2NH₄Al（SO₄）₂+3H₂O；蒸發(fā)濃縮；
（3）m（Al₂O₃）=1 000 kg×36%=360 kg，
依據(jù)：Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O
       102   294
       360kg m（H₂SO₄）
故m（H₂SO₄）=$\frac{294×360}{102}$=1037.6 kg，需消耗質量分數(shù)98%的硫酸（密度1.84 g•cm^-3）為=$\frac{1037.6÷98%}{1.84}$=575.4 L，
故答案為：575.4；
（4）設制得的Al₂（SO₄）₃和NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O的物質的量都是1 mol，則Al³⁺共3 mol，SO₄^2-共5 mol，根據(jù)Al³⁺和SO₄^2-守恒原理可得，加入Al₂O₃和H₂SO₄的物質的量之比為：$\frac{3}{2}$：5=3：10，
故答案為：3：10．

點評 本題主要考查的是無機非金屬材料的流程與應用，屬于中等題，考查的是學生綜合分析問題的能力．