Question

19．金屬鋁質(zhì)輕且有良好的防腐蝕性，在國(guó)防工業(yè)、生產(chǎn)、生活中具有非常重要的作用．圖是從鋁土礦中制備鋁的工藝流程：

已知：鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量SiO₂、Fe2O₃、MgO雜質(zhì)；回答下列問(wèn)題：
I、（1）鋁土礦加入鹽酸過(guò)濾后所得濾渣A的主要成分為SiO₂．
（2）在工藝流程中，加入足量氫氧化鈉溶液發(fā)生的離子反應(yīng)共有5個(gè)，其中發(fā)生沉淀
溶解的離子反應(yīng)方程式為OH^-+Al（OH）₃=AlO₂^-+2H₂O．
（3）邋入過(guò)量的二氧化碳時(shí)，生成沉淀的離子方程式為AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（4）電解氧化鋁，每生成1molA1時(shí)，生成24g氧氣．
Ⅱ、測(cè)鋁土礦組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
（1）若鋁土礦樣品質(zhì)量為m，對(duì)濾渣A洗滌、干燥后稱重為m₁；對(duì)濾渣B洗滌、干燥、灼燒后稱重為m₂，該方案能測(cè)得質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成份且相應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是SiO₂：$\frac{{m}_{1}}{m}$×100%、Al₂O₃：$\frac{m{-m}_{1}-{m}_{2}}{m}$×100%；
（2）洗滌濾渣A后的洗滌液是否需加入到第一次過(guò)濾后的濾液中是（“是”或“否”）；檢
測(cè)濾渣A是否洗滌干凈的方法是取最后一次洗滌液與少許試管中，滴入幾滴KSCN溶液，溶液不變紅，說(shuō)明洗滌干凈．

Answer 1

分析 鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)，加入足量的鹽酸，能溶解除SiO₂外的其余氧化物，則過(guò)濾后濾渣為不溶于稀鹽酸的SiO₂，濾液中加入足量的NaOH溶液，除中和過(guò)量的鹽酸外，還將溶液中的Al³⁺先沉淀后溶解最終生成NaAlO₂，同時(shí)沉淀溶液中的Fe³⁺、Mg²⁺為Fe（OH）₃、Mg（OH）₂，則過(guò)濾所得濾渣B為沉淀Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；濾液用二氧化碳酸化時(shí)，將NaAlO₂完全轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；過(guò)濾得氫氧化鋁沉淀，灼燒得氧化鋁，電解氧化鋁得單質(zhì)鋁，以此解答該題；
I、（1）根據(jù)土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)，加入鹽酸后過(guò)濾所得濾渣應(yīng)為不溶于稀鹽酸的氧化物；
（2）加入鹽酸過(guò)濾后所得溶液中存在H⁺、Al³⁺、Mg²⁺、Fe³⁺，加入的NaOH均能與之發(fā)生離子反應(yīng)，且過(guò)量的NaOH還能溶解Al（OH）₃，據(jù)此判斷發(fā)生的離子反應(yīng)，同時(shí)寫(xiě)出溶解沉淀的離子方程式；
（3）濾液用二氧化碳酸化時(shí)，將NaAlO₂完全轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，根據(jù)電荷守恒和原子守恒，寫(xiě)出此反應(yīng)的離子方程式；
（4）電解氧化鋁時(shí)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，遵守電子守恒，其中Al從+3價(jià)還原為0價(jià)，生成1mol氧氣轉(zhuǎn)化4mol電子，據(jù)此分析生成氧氣的質(zhì)量；
Ⅱ、（1）該方案能測(cè)得質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分為二氧化硅、氧化鋁，結(jié)合質(zhì)量關(guān)系計(jì)算得到；
（2）洗滌固體A的洗滌液中含有其他雜質(zhì)離子，檢驗(yàn)固體A洗滌是否干凈，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)是否含有鐵離子檢驗(yàn)．

解答 解：鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)，加入足量的鹽酸，能溶解除SiO₂外的其余氧化物，則過(guò)濾后濾渣為不溶于稀鹽酸的SiO₂，濾液中加入足量的NaOH溶液，除中和過(guò)量的鹽酸外，還將溶液中的Al³⁺先沉淀后溶解最終生成NaAlO₂，同時(shí)沉淀溶液中的Fe³⁺、Mg²⁺為Fe（OH）₃、Mg（OH）₂，則過(guò)濾所得濾渣B為沉淀Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；濾液用二氧化碳酸化時(shí)，將NaAlO₂完全轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；過(guò)濾得氫氧化鋁沉淀，灼燒得氧化鋁，電解氧化鋁得單質(zhì)鋁；
I、（1）鋁土礦中加入足量的鹽酸，能溶解除SiO₂外的其余氧化物Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃等，則過(guò)濾后濾渣為不溶于稀鹽酸的SiO₂，故答案為：SiO₂；
（2）濾液中加入足量的NaOH溶液，除中和過(guò)量的鹽酸外，還將溶液中的Al³⁺先沉淀后溶解最終生成NaAlO₂，同時(shí)沉淀溶液中的Fe³⁺、Mg²⁺為Fe（OH）₃、Mg（OH）₂，共發(fā)生了5個(gè)離子反應(yīng)，其中溶解發(fā)生的離子反應(yīng)為：OH^-+Al（OH）₃=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：5；OH^-+Al（OH）₃=AlO₂^-+2H₂O；
（3）向含有NaAlO₂通入CO₂氣體生成Al（OH）₃，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓，
故答案為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（4）電解氧化鋁，每生成1molA1時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為3mol，根據(jù)電子守恒同時(shí)生成氧氣的物質(zhì)的量為$\frac{3mol}{4}$=0.75mol，則氧氣的質(zhì)量為0.75mol×32g/mol=24g，故答案為：24；
Ⅱ、（1）該方案能測(cè)得質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分為二氧化硅、氧化鋁，結(jié)合質(zhì)量關(guān)系計(jì)算得到，流程中m₁為二氧化硅的質(zhì)量，質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{{m}_{1}}{m}$×100%，得到固體質(zhì)量m₂g為Fe₂O₃、MgO的質(zhì)量，所以氧化鋁的質(zhì)量=m=m₁-m₂，氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{m{-m}_{1}-{m}_{2}}{m}$×100%，
故答案為：SiO₂：$\frac{{m}_{1}}{m}$×100%、Al₂O₃：$\frac{m{-m}_{1}-{m}_{2}}{m}$×100%；
（2）洗滌固體A的洗滌液中含有其他雜質(zhì)離子Al³⁺、Fe³⁺、Mg²⁺，洗滌固體A后的洗滌液是需加入到濾液A中，減少損失，檢驗(yàn)固體A洗滌是否干凈，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)是否含有鐵離子檢驗(yàn)，取最后一次洗滌液與少許試管中，滴入幾滴KSCN溶液，溶液不變紅，說(shuō)明洗滌干凈；
故答案為：是；取最后一次洗滌液與少許試管中，滴入幾滴KSCN溶液，溶液不變紅，說(shuō)明洗滌干凈．

點(diǎn)評(píng) 本題考查Al及其化合物的化學(xué)性質(zhì)、物質(zhì)分離提純方法和基本操作的綜合應(yīng)用，注意把握流程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，注重信息與所學(xué)知識(shí)的結(jié)合分析解決問(wèn)題，側(cè)重知識(shí)遷移應(yīng)用能力的考查，題目難度中等．