Question

3．工業(yè)上從鋁土礦（主要成分是Al₂O₃，還含有SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)）中提取鋁可采用如下工藝流程：

請(qǐng)回答下列問題：
（1）步驟（Ⅱ）中加入的燒堿溶液應(yīng)該是過量（填“少量”或“過量”） 其反應(yīng)的離子方程式為Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，得到沉淀C的顏色紅褐色；
（2）沉淀B和NaOH焙燒制備一種有黏性的化工原料，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO₂+2NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SiO₃+H₂O，可采用的裝置為B（填代號(hào)）；

（3）溶液D中含鋁元素的溶質(zhì)屬于鹽（填“酸”、“堿”、“鹽”）類物質(zhì)．溶液D中通入過量CO₂生成沉淀F的離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（4）請(qǐng)寫出上述流程中涉及的氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Al+3O₂↑．

Answer 1

分析 鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，含有雜質(zhì)SiO₂、Fe₂O₃，鋁土礦和過量HCl混合，發(fā)生反應(yīng)Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，SiO₂和HCl不反應(yīng)，所以沉淀B是SiO₂，濾液A中成分是 AlCl₃、FeCl₃和HCl，向?yàn)V液A中加入過量NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+2H₂O+3NaCl、FeCl₃+3NaOH=Fe（OH）₃↓+3NaCl、NaOH+HCl=NaCl+H₂O，則濾液D中含有NaCl、NaOH、NaAlO₂，沉淀C為Fe（OH）₃，向?yàn)V液D中通入過量二氧化碳，發(fā)生反應(yīng)NaOH+CO₂=NaHCO₃、AlO₂^-+CO₂（過）+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，沉淀F為Al（OH）₃，溶液E中成分是NaHCO₃，加熱沉淀F，氫氧化鋁分解生成M為Al₂O₃，電解熔融Al₂O₃得到Al，由此分析解答．

解答 解：鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，含有雜質(zhì)SiO₂、Fe₂O₃，鋁土礦和過量HCl混合，發(fā)生反應(yīng)Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，SiO₂和HCl不反應(yīng)，所以沉淀B是SiO₂，濾液A中成分是 AlCl₃、FeCl₃和HCl，向?yàn)V液A中加入過量NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+2H₂O+3NaCl、FeCl₃+3NaOH=Fe（OH）₃↓+3NaCl、NaOH+HCl=NaCl+H₂O，則濾液D中含有NaCl、NaOH、NaAlO₂，沉淀C為Fe（OH）₃，向?yàn)V液D中通入過量二氧化碳，發(fā)生反應(yīng)NaOH+CO₂=NaHCO₃、AlO₂^-+CO₂（過）+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，沉淀F為Al（OH）₃，溶液E中成分是NaHCO₃，加熱沉淀F，氫氧化鋁分解生成M為Al₂O₃，電解熔融Al₂O₃得到Al，
（1）根據(jù)上面的分析可知，步驟（Ⅱ）中加入的燒堿溶液應(yīng)該是過量，其反應(yīng)的離子方程式為Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，得到沉淀C為Fe（OH）₃，顏色為紅褐色，
故答案為：過量；Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；紅褐色；
（2）沉淀B是SiO₂，SiO₂和NaOH焙燒制備一種有黏性的化工原料，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO₂+2NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SiO₃+H₂O，由于瓷坩堝中有二氧化硅能與氫氧化鈉反應(yīng)，所以加熱時(shí)可采用的裝置為鐵坩堝，故選B，
故答案為：SiO₂+2NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SiO₃+H₂O；B；
（3）溶液D中含鋁元素的溶質(zhì)為偏鋁酸鈉，屬于鹽，溶液D中通入過量CO₂生成沉淀F的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：鹽；AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）根據(jù)流程圖，反應(yīng)前后的化合價(jià)變化的只有最后一步，反應(yīng)為：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Al+3O₂↑，故答案為：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Al+3O₂↑．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了元素化合物中金屬鋁、鐵的性質(zhì)，解題時(shí)不僅清楚提取的操作過程原理，而且需熟知物質(zhì)間的反應(yīng)，能熟練對(duì)知識(shí)遷移進(jìn)行綜合運(yùn)用是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．