Question

20．鋁是一種重要金屬，從鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃、SiO₂等）中冶煉Al的工業(yè)生產(chǎn)流程如下圖：

（1）沉淀B的化學(xué)式為SiO₂，溶液A中含的陽(yáng)離子主要有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺．
（2）寫出步驟II生成溶液C 的離子方程式Al³⁺+4OH^-=[Al（OH）₄]^-，步驟I、Ⅱ、Ⅲ都要用到的分離方法是過(guò)濾．
（3）生產(chǎn)過(guò)程中，除CaO可以循環(huán)使用外，還可以循環(huán)使用的物質(zhì)有：CO₂、NaOH（填化學(xué)式）．
（4）生產(chǎn)中曾用鋁熱反應(yīng)焊接鋼軌，則鋁與氧化鐵發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al+Fe ₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al ₂O₃ +2Fe
（5）經(jīng)分析，a噸鋁土礦可以冶煉出b噸的鋁（假設(shè)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中無(wú)損耗），則原鋁土礦中Al₂O₃的純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）$\frac{17b}{9a}$×100%（用含a、b的最簡(jiǎn)式表示）．

Answer 1

分析 由工藝流程可知，鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃、SiO₂等），鋁土礦與過(guò)量的鹽酸反應(yīng)得沉淀B和溶液A，則固體B為SiO₂，過(guò)濾得濾液A含有氯化鋁、氯化鐵、鹽酸等，濾液中加入過(guò)量的NaOH，可推知沉淀D為氫氧化鐵，過(guò)濾得濾液C含有偏鋁酸鈉、氯化鈉，所以向?yàn)V液C中通入二氧化碳，生成氫氧化鋁沉淀與溶液E為碳酸氫鈉或碳酸鈉溶液，過(guò)濾后向E溶液中加入氧化鈣得沉淀G為碳酸鈣，同時(shí)得到氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉溶液可以循環(huán)利用，碳酸鈣煅燒分解得氧化鈣和二氧化碳都可以循環(huán)利用，Al（OH）₃灼燒得氧化鋁，電解熔融的氧化鋁可得鋁，據(jù)此答題；

解答 解：由工藝流程可知，鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃、SiO₂等），鋁土礦與過(guò)量的鹽酸反應(yīng)得沉淀B和溶液A，則固體B為SiO₂，過(guò)濾得濾液A含有氯化鋁、氯化鐵、鹽酸等，濾液中加入過(guò)量的NaOH，可推知沉淀D為氫氧化鐵，過(guò)濾得濾液C含有偏鋁酸鈉、氯化鈉，所以向?yàn)V液C中通入二氧化碳，生成氫氧化鋁沉淀與溶液E為碳酸氫鈉或碳酸鈉溶液，過(guò)濾后向E溶液中加入氧化鈣得沉淀G為碳酸鈣，同時(shí)得到氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉溶液可以循環(huán)利用，碳酸鈣煅燒分解得氧化鈣和二氧化碳都可以循環(huán)利用，Al（OH）₃灼燒得氧化鋁，電解熔融的氧化鋁可得鋁，
（1）根據(jù)上面的分析可知，沉淀B的化學(xué)式為SiO₂，溶液A中含的陽(yáng)離子主要有 Al³⁺、Fe³⁺、H⁺，
故答案為：SiO₂； Al³⁺、Fe³⁺、H⁺；
（2）步驟II過(guò)量的氫氧化鈉與氯化鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，反應(yīng)的離子方程式 為Al³⁺+4OH^-=[Al（OH）₄]^-，根據(jù)上面的分析可知，步驟I、Ⅱ、Ⅲ都要用到的分離方法是 過(guò)濾，
故答案為：Al³⁺+4OH^-=[Al（OH）₄]^-；過(guò)濾；
（3）生產(chǎn)過(guò)程中，除CaO可以循環(huán)使用外，還可以循環(huán)使用的物質(zhì)有CO₂、NaOH，
故答案為：CO₂、NaOH；
（4）鋁與氧化鐵發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al+Fe ₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al ₂O₃ +2Fe，
故答案為：2Al+Fe ₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al ₂O₃ +2Fe；
（5）a噸鋁土礦可以冶煉出b噸的鋁，則根據(jù)鋁元素守恒可知，需要純氧化鋁的質(zhì)量為$\frac{102}{54}$b噸，所以原鋁土礦中Al₂O₃的純度為$\frac{\frac{102}{54}b}{a}$×100%=$\frac{17b}{9a}$×100%，
故答案為：$\frac{17b}{9a}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題以冶煉鋁提取工藝流程為載體考查混合物分離實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，涉及無(wú)機(jī)物推斷、元素化合物性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化、除雜的方法、離子方程式、化學(xué)計(jì)算等，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，題目難度中等．