Question

10．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(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)上以鋁土礦為原料制銨明礬晶體[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]的工藝流程如圖1所示：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）固體a的化學(xué)式為SiO₂，固體b化學(xué)式為Fe（OH）₃，Ⅲ中通入足量CO₂氣體發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O═HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（2）由Ⅴ制取銨明礬溶液的化學(xué)方程式為Al₂O₃+4H₂SO₄+2NH₃═2NH₄Al（SO₄）₂+3H₂O．
（3）由I→II→III→IV都要用到的分離方法是過(guò)濾，由銨明礬溶液中制銨明礬晶體的操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌．
（4）如果先向鋁土礦加入過(guò)量氫氧化鈉，再加入過(guò)量鹽酸，此時(shí)首先出現(xiàn)的固體a是Fe₂O₃．
（5）向10gFe₂O₃、SiO₂和Al₂O₃的混合物中，加入100ml稀硫酸，過(guò)濾后，向?yàn)V液中加入10mol/L NaOH溶液，產(chǎn)生沉淀的質(zhì)量和加入NaOH溶液體積的關(guān)系曲線如圖2所示．則混合物中三氧化二鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51%．

Answer 1

分析 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(guò)濾得到固體a為SiO₂，濾液中含有AlCl₃、FeCl₃及剩余的HCl，再加入過(guò)量的燒堿，反應(yīng)得到氫氧化鐵沉淀、偏鋁酸鈉、氯化鈉，過(guò)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(guò)量的二氧化碳，反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，過(guò)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(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾等操作得到銨明礬晶體，以此解答該題．

解答 解：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(guò)濾得到固體a為SiO₂，濾液中含有AlCl₃、FeCl₃及剩余的HCl，再加入過(guò)量的燒堿，反應(yīng)得到氫氧化鐵沉淀、偏鋁酸鈉、氯化鈉，過(guò)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(guò)量的二氧化碳，反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，過(guò)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(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾等操作得到銨明礬晶體．
（1）由以上分析可知a為SiO₂，b為Fe（OH）₃，Ⅲ中通入足量CO₂氣體發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O═HCO₃^-+Al（OH）₃↓，
故答案為：SiO₂；Fe（OH）₃；AlO₂^-+CO₂+2H₂O═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（2）由圖中Ⅴ制取銨明礬溶液的化學(xué)方程式為：Al₂O₃+4H₂SO₄+2NH₃═2NH₄Al（SO₄）₂+3H₂O，
故答案為：Al₂O₃+4H₂SO₄+2NH₃═2NH₄Al（SO₄）₂+3H₂O；
（3）I→II→III→IV都存在固體和液體的分離，應(yīng)用過(guò)濾的方法，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌，
故答案為：過(guò)濾；蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌；
（4）如果先向鋁土礦加入過(guò)量氫氧化鈉，因氧化鐵與氫氧化鈉不反應(yīng)，則首先出現(xiàn)的固體a為Fe₂O₃，故答案為：Fe₂O₃；
（5）加入鹽酸體積100mL～110mL時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，可知n（Al（OH）₃）=n（NaOH）=0.01L×10mol/L=0.1mol，則n（Al₂O₃）=0.05mol，
m（Al₂O₃）=0.05mol×102g/mol=5.1g，
則混合物中三氧化二鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{5.1g}{10g}×100%$=51%，
故答案為：51%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)工藝流程、物質(zhì)的分離提純、化學(xué)計(jì)算等，為高考常見(jiàn)題型，需要學(xué)生具備綜合運(yùn)用知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力，難度中等．