Question

13．電解法冶煉鋁的原料是Al₂O₃，可由自然界中鋁土礦獲得，其生產(chǎn)過程可表示為：鋁土礦（主要成分Al₂O₃，雜質SiO₂、Fe₂O₃）→Al（OH）₃→Al₂O₃→Al．
從鋁土礦到Al（OH）₃的轉化有兩種方案：
方案1：

方案2：

回答下列問題：
（1）寫出方案2中，向鋁土礦中加入過量氫氧化鈉溶液，發(fā)生反應的離子方程式：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O、Al₂O₃+2OH^-+3H₂O=2[Al（OH）₄]^-．
（2）上述流程中，試劑A的化學式為CO₂；試劑B的化學式為NH₃•H₂O或NH₃；過濾③中，所得固體為Al（OH）₃，所得濾液中溶質的主要成分是NaHCO₃（填化學式）
（3）在生活中，常利用Al與Fe₂O₃間的鋁熱反應來進行焊接鋼軌．
①已知0.1molAl與足量的Fe₂O₃粉末完全反應（產(chǎn)物都為固態(tài)），放出41.42kJ的能量，請寫出該反應的熱化學方程式2Al（s）+Fe₂O₃（s）=Al₂O₃（s）+2Fe（s）△H=-828.4kJ•mol^-1．
②除了Fe₂O₃，鋁粉還可以與很多金屬氧化物組成鋁熱劑．下列氧化物中不能與鋁粉組成鋁熱劑的是a
a．MgO           b．V₂O₅        c．Fe₃O₄        d．MnO₂．

Answer 1

分析 鋁土礦主要成分是Al₂O₃，含SiO₂、Fe₂O₃等雜質，向鋁土礦中加入分離HCl，發(fā)生反應Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，SiO₂和稀鹽酸不反應，濾液中含有HCl、AlCl₃、FeCl₃，向濾液中加入過量NaOH溶液，發(fā)生反應HCl+NaOH=NaCl+H₂O、AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O、FeCl₃+3NaOH=Fe（OH）₃↓+3NaCl，所以沉淀是Fe（OH）₃，濾液中含有NaCl、NaAlO₂，向濾液中通入過量二氧化碳，發(fā)生反應AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，得到沉淀Al（OH）₃；
向鋁土礦中加入過量NaOH溶液，二氧化硅和氧化鋁都與NaOH溶液反應，反應方程式為Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，所以濾液中成分是NaAlO₂、Na₂SiO₃，F(xiàn)e₂O₃NaOH溶液不反應，向濾液中通入過量鹽酸，生成氯化鋁和硅酸，過濾得到氯化鋁溶液，再濾液中加入氨水，可得到沉淀Al（OH）₃，以此解答該題．

解答 解：鋁土礦主要成分是Al₂O₃，含SiO₂、Fe₂O₃等雜質，向鋁土礦中加入分離HCl，發(fā)生反應Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，SiO₂和稀鹽酸不反應，濾液中含有HCl、AlCl₃、FeCl₃，向濾液中加入過量NaOH溶液，發(fā)生反應HCl+NaOH=NaCl+H₂O、AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O、FeCl₃+3NaOH=Fe（OH）₃↓+3NaCl，所以沉淀是Fe（OH）₃，濾液中含有NaCl、NaAlO₂，向濾液中通入過量二氧化碳，發(fā)生反應AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，得到沉淀Al（OH）₃；
向鋁土礦中加入過量NaOH溶液，二氧化硅和氧化鋁都與NaOH溶液反應，反應方程式為Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，所以濾液中成分是NaAlO₂、Na₂SiO₃，F(xiàn)e₂O₃NaOH溶液不反應，向濾液中通入過量鹽酸，生成氯化鋁和硅酸，過濾得到氯化鋁溶液，再濾液中加入氨水，可得到沉淀Al（OH）₃，
（1）由以上分析可知方案2中，向鋁土礦中加入過量氫氧化鈉溶液，發(fā)生反應的離子方程式SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O、Al₂O₃+2OH^-+3H₂O=2[Al（OH）₄]^-，
故答案為：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O； Al₂O₃+2OH^-+3H₂O=2[Al（OH）₄]^-；
（2）由以上分析可知試劑A為CO₂，試劑B為NH₃•H₂O或NH₃，過濾③分離的是偏鋁酸鈉與過量二氧化碳反應的產(chǎn)物，所得固體為Al（OH）₃，所得濾液中溶質的主要成分是NaHCO₃，
故答案為：CO₂； NH₃•H₂O或NH₃；NaHCO₃；
（3）①已知0.1molAl與足量的Fe₂O₃粉末完全反應（產(chǎn)物都為固態(tài)），放出41.42kJ的能量，則2molAl參加反應放出828.4kJ熱量，該反應的熱化學方程式為2Al（s）+Fe₂O₃（s）=Al₂O₃（s）+2Fe（s）△H=-828.4 kJ•mol^-1，
故答案為：2Al（s）+Fe₂O₃（s）=Al₂O₃（s）+2Fe（s）△H=-828.4 kJ•mol^-1；
  ②鋁熱反應是利用了鋁的還原性，鋁置換出活潑性較鋁弱的金屬，鋁不能置換出鎂，故答案為：a．

點評 本題考查混合物的分離和提純，為高考常見題型，側重考查學生分析問題能力、實驗操作能力，能從整體上把握元素化合物知識，知道流程圖中各個過程發(fā)生的反應，會正確書寫相應的化學方程式及離子方程式，題目難度中等．