Question

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)固體a的化學(xué)式為________，Ⅲ中通入足量CO₂氣體發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。

(2)由Ⅴ制取銨明礬溶液的化學(xué)方程式為________，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)________、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌。

(3)以1 000 kg含氧化鋁36%的鋁土礦為原料制取Al₂(SO₄)₃，需消耗質(zhì)量分數(shù)為98%的硫酸(密度1.84 g·cm^－3)________ L(保留一位小數(shù))。

(4)若同時制取銨明礬和硫酸鋁，通過控制硫酸的用量調(diào)節(jié)兩種產(chǎn)品的產(chǎn)量。若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質(zhì)的量之比為1∶1，則投料時鋁土礦中的Al₂O₃和H₂SO₄的物質(zhì)的量之比為________。

Answer 1

解析　(1)鋁土礦中AlO₃和Fe₂O₃能溶于鹽酸，SiO₂不溶于鹽酸，所以固體a的化學(xué)式為SiO₂。Al₂O₃溶于燒堿生成Na[Al(OH)₄]溶液，在其中通入CO₂生成Al(OH)₃沉淀。

(2)Al(OH)₃分解生成Al₂O₃，Al₂O₃與稀硫酸、氨氣反應(yīng)生成銨明礬溶液。

(3)m(Al₂O₃)＝1 000 kg×36%＝360 kg，m(H₂SO₄)＝ kg＝1 037.6 kg，需消耗質(zhì)量分數(shù)98%的硫酸(密度1.84 g·cm^－3)為＝575.4×10³ mL＝575.4 L。

(4)設(shè)制得的Al₂(SO₄)₃和NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O的物質(zhì)的量都是1 mol，則Al^3＋共3 mol，SO共5 mol，根據(jù)鋁元素和SO守恒原理可得，加入Al₂O₃和H₂SO₄的物質(zhì)的量之比為∶5＝3∶10。

答案　(1)SiO₂　[Al(OH)₄]^－＋CO₂===HCO＋Al(OH)₃↓

(2)Al₂O₃＋4H₂SO₄＋2NH₃===2NH₄Al(SO₄)₂＋3H₂O　蒸發(fā)濃縮　(3)575.4　(4)3∶10

方法技巧　首尾分析法：對一些線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為一條龍生產(chǎn)工序)試題，首先對比分析生產(chǎn)流程示意圖中的第一種物質(zhì)(原材料)與最后一種物質(zhì)(產(chǎn)品)，從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)流程過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜、分離提純產(chǎn)品的化工工藝，然后再結(jié)合題設(shè)的問題，逐一推敲解答。關(guān)鍵在于認真對比分析原料與產(chǎn)品的組成，從中找出將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和除去原材料中所包含的雜質(zhì)的基本原理和所采用的工藝生產(chǎn)措施。當(dāng)把生產(chǎn)的主線弄清楚了，圍繞生產(chǎn)主線所設(shè)計的系列問題也就可以解答了。