Question

鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，還含有SiO₂、Fe₂O₃）是工業(yè)上制備氧化鋁的主要原料．工業(yè)上提取氧化鋁的工藝流程如下：

（1）沉淀 A、B的成分分別是

 

、

 

；
（2）步驟②中的試劑a是

 

；
（3）試寫出步驟③中發(fā)生反應的離子方式

 

；
（4）在實驗室模擬上述實驗過程中，需要用到一定濃度的鹽酸溶液．在配制250mL該鹽酸溶液時，某同學轉移溶液的操作如圖1所示，圖中的主要錯誤是：①

 

；②

 

．
（5）準確稱取6g鋁土礦樣品，加入100mL鹽酸溶液，充分反應后向濾液中加入10mol?L^-1試劑a的溶液，產生沉淀的質量與加入試劑a的體積關系如圖2所示，則所用鹽酸溶液的物質的量濃度為

 

，樣品中Al₂O₃的百分含量為

 

．

Answer 1

考點：鎂、鋁的重要化合物,物質的分離、提純和除雜

專題：實驗題,幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）氧化鋁是兩性氧化物，既溶液強酸又溶于強堿．Fe₂O₃只溶于強酸，不溶于堿，SiO₂只溶于強堿，不溶于酸；①為鹽酸時，則在①得到濾液中含有鋁離子、鐵離子，濾渣為二氧化硅；②為氫氧化鈉溶液，將鐵離子變成氫氧化鐵沉淀除去鐵離子，將鋁離子轉化為偏鋁酸根，進入乙；
（2）濾液②含有AlO₂^-，步驟②應加入氫氧化鈉，除去鐵離子，將鋁離子轉化為AlO₂^-；
（3）濾液乙含有OH^-、AlO₂^-，步驟③通入二氧化碳，與OH^-反應生成碳酸氫根離子，與AlO₂^-反應生成的沉淀為氫氧化鋁；
（4）根據(jù)容量瓶的使用方法以及移液操作知識來回答；
（5）由圖象可知，當加入NaOH溶液的體積為35ml時，沉淀的質量達到最大值，則此時溶液的溶質只有NaCl，根據(jù)Na元素守恒計算；根據(jù)溶解氫氧化鋁消耗10ml NaOH溶液，就能知Al（OH）₃的物質的量，從而就能求出氧化鋁的質量以及在混合物中的質量分數(shù)；

解答： 解：①為鹽酸，則在①得到濾液中含有鋁離子、鐵離子，濾渣為二氧化硅；②為氫氧化鈉溶液，除去鐵離子，將鋁離子轉化為偏鋁酸根，進入②得到濾液乙，試劑③為二氧化碳，將偏鋁酸根轉化為氫氧化鋁沉淀，加熱分解得氧化鋁，
（1）由上述分析可知，步驟①加入鹽酸，Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，除去SiO₂，沉淀A為二氧化硅，濾液①中含有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺等，應加入氫氧化鈉，除去鐵離子，F(xiàn)e³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，故B為Fe（OH）₃，
故答案為：SiO₂；Fe（OH）₃；    
（2）步驟①加入過量鹽酸，濾液①中含有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺等，應加入氫氧化鈉，除去鐵離子，將鋁離子轉化為AlO₂^-，反應為 H⁺+OH^-=H₂O，F(xiàn)e³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：NaOH溶液；
（3）步驟③中與OH^-反應生成碳酸氫根離子：CO₂+OH^-=HCO₃^-，四羥基合鋁酸鈉溶液與二氧化碳反應，生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉，反應方程式為Na〔Al（OH）₄〕+CO₂═Al（OH）₃↓+NaHCO₃，離子反應為：CO₂+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：CO₂+OH^-=HCO₃^-；CO₂+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）向容量瓶中轉移液體時，要用玻璃棒來引流，配制一定體積的溶液要選擇一定體積的容量瓶，
故答案為：①未用玻璃棒引流；②未采用250mL容量瓶； 
（5）當加入NaOH溶液的體積為35ml時，n（NaOH）=0.035L×10mol/L=0.35mol，此時沉淀的質量達到最大值，則此時溶液的溶質只有NaCl，根據(jù)Na元素守恒，則有：n（HCl）=n（NaCl）=n（NaOH）=0.35mol，
c（HCl）=

0.35mol

0.1L

=3.5mol/L，由圖象可知，生成的氫氧化鋁溶解消耗的NaOH為10ml，設Al（OH）₃為 Xmol，
     Al（OH）₃ ～NaOH                                                          
    1 mol       1 mol                       
  x mol        10mol?L^-1×0.01L                       
    解得x═0.1 mol          
  而 2Al（OH）₃ ～Al₂O₃  由此可知，n（Al₂O₃）═0.05 mol  
鋁土礦中 Al₂O₃ 的質量分數(shù)ω%═

0.05mol×102g/mol

6g

×100%═85% 
故答案為：3.50 mol?L^-1；85%；

點評：本題以框圖題形式考查鋁的化合物的性質，涉及計算、離子共存、溶液配制等知識，清楚工藝流程原理是解答的關鍵，綜合性較強，難度較大．