Question

10．鋁是一種重要的金屬，在生產(chǎn)、生活中具有許多重要的用途，如圖是從鋁土礦中制各鋁的工藝流程：
已知：
①鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有．少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)；
②溶液中的硅酸鈉與偏鋁酸鈉反應(yīng)，能生成硅鋁酸鹽沉淀，化學(xué)反應(yīng)方程式為：
2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+2H₂O═Na₂Al₂Si₂O₄↓+4NaOH
回答下列問(wèn)題：
（1）溶解鋁土礦時(shí)，其成分與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O
（2）濾渣A的主要成分為Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；硅酸鹽沉淀寫(xiě)成氧化物的形式是Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂．
（3）在工藝流程第三步中，選用二氧化碳作酸化劑而不使用鹽酸的原因是Al（OH）₃溶于強(qiáng)酸而不溶于弱酸，提高Al₂O₃的提取率．
（4）若該工廠(chǎng)用mkg鋁土礦共制得nkgAl（假設(shè)每步反應(yīng)進(jìn)行完全），則鋁土礦中Al₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{5100n}{27m}$%
（5）若將鋁用酸溶解，下列試劑中最好選用B （填編號(hào)）．
A．濃硫酸    B．稀硫酸    C．稀HNO₃     D．濃HNO₃
（6）電解冶煉鋁時(shí)用冰晶石（Na₃AlF₆）作助熔劑，工業(yè)上制取冰晶石的原料是Al（OH）₃、純堿、HF等三種試劑，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2Al（OH）₃+12HF+3Na₂CO₃═2Na₃AlF₆+3CO₂↑+9H₂O．

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)，加入足量的氫氧化鈉，氧化鋁、二氧化硅與NaOH溶液反應(yīng)均生成鹽和水，只有氧化鐵與堿不反應(yīng)，結(jié)合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，過(guò)濾后得濾渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；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．
（1）氧化鋁、二氧化硅與NaOH溶液反應(yīng)均生成鹽和水；
（2）只有氧化鐵與堿不反應(yīng)，結(jié)合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈；硅酸鹽改寫(xiě)為氧化物的形式一般方法歸納為：堿性氧化物、兩性氧化物、酸性氧化物；
（3）第三步中，選用二氧化碳作酸化劑，可將Al元素全部轉(zhuǎn)化為沉淀；
（4）根據(jù)鋁元素守恒由Al的質(zhì)量計(jì)算出氧化鋁的質(zhì)量，再求出質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（5）根據(jù)Al的化學(xué)性質(zhì)及不生成有毒氣體來(lái)解答；
（6）Al（OH）₃、純堿、HF在一定條件下生成Na₃AlF₆、水和二氧化碳等．

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)，加入足量的氫氧化鈉，氧化鋁、二氧化硅與NaOH溶液反應(yīng)均生成鹽和水，只有氧化鐵與堿不反應(yīng)，結(jié)合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，過(guò)濾后得濾渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；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．
（1）氧化鋁、二氧化硅與NaOH溶液反應(yīng)均生成鹽和水，離子反應(yīng)分別為Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（2）只有氧化鐵與堿不反應(yīng)，結(jié)合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈，則濾渣A的主要成分為Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；硅酸鹽改寫(xiě)為氧化物的形式一般方法歸納為：堿性氧化物、兩性氧化物、酸性氧化物，則Na₂Al₂Si₂O₈改寫(xiě)為氧化物為Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂，
故答案為：Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂；
（3）經(jīng)過(guò)足量氫氧化鈉溶液的溶解，大部分鋁元素均以NaAlO₂的形式存在于濾液中，通入過(guò)量二氧化碳可以將NaAlO₂完全轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，若選用鹽酸，則生成的氫氧化鋁會(huì)溶于過(guò)量的鹽酸，所以第三步中選用二氧化碳作酸化劑；
故答案為：Al（OH）₃溶于強(qiáng)酸而不溶于弱酸，提高Al₂O₃的提取率；
（4）設(shè)鋁土礦中氧化鋁為xkg，
    2Al～Al₂O₃
    27×2      102
    nkg        xkg
則x=$\frac{102×nkg}{27×2}$=$\frac{51n}{27}$kg，
鋁土礦中Al₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{\frac{51n}{27}}{m}$×100%=$\frac{5100n}{27m}$%；
故答案為：$\frac{5100n}{27m}$%；
（5）因鋁與濃硫酸在常溫下發(fā)生鈍化，加熱溶解會(huì)產(chǎn)生有毒氣體SO₂，原料利用率低；稀硝酸能溶解鋁但會(huì)產(chǎn)生NO氣體，污染空氣，硝酸利用率低；而鋁與稀硫酸反應(yīng)速率較快，產(chǎn)生的H₂對(duì)空氣無(wú)污染，則選稀硫酸溶解Al最好，
故答案為：B；
（6）Al（OH）₃、純堿、HF在一定條件下生成Na₃AlF₆、水和二氧化碳，方程式為2Al（OH）₃+12HF+3Na₂CO₃═2Na₃AlF₆+3CO₂↑+9H₂O，
故答案為：2Al（OH）₃+12HF+3Na₂CO₃═2Na₃AlF₆+3CO₂↑+9H₂O．

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．