Question

某探究小組在實驗室中用鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，還含有Fe₂O₃、SiO₂）冶煉鋁．回答下列問題：

（1）在實驗中需用1.0mol?L^-1的NaOH溶液480mL，配制該溶液已有下列儀器：托盤天平（砝碼）、膠頭滴管、藥匙、玻璃棒、量筒、燒杯，還缺少的玻璃儀器是

 

．
（2）沉淀1的主要成份為：

 

（3）生成沉淀2的離子反應方程式為

 

（4）電解Al₂O₃制備Al陰極反應式為

 

．
（5）甲同學在實驗室中用圖2裝置制備CO₂氣體，并通入濾液B中制備Al（OH）₃時，結果沒有產生預期現(xiàn)象．
乙同學分析認為甲同學通入CO₂不足是導致實驗失敗的原因之一，你認為乙的判斷依據(jù)是什么？請用離子方程式解釋其原因：

 

．
（6）將Al₂O₃溶于KOH溶液，再加入過量的濃硫酸可得到明礬溶液，從明礬溶液中獲取明礬晶體的基本操作步驟為：

 

，

 

，過濾，洗滌，干燥．
（7）若鋁土礦中Al₂O₃的含量為51%，100g 鋁土礦利用上述生產流程提取出Al₂O₃后再用于第（6）小問中方法制備明礬，理論上最多可生產

 

mol  KAl（SO₄）₂?12H₂O．（提示：Al₂O₃的摩爾質量為102g/mol ）

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：SiO₂和鹽酸不反應，F(xiàn)e₂O₃和氫氧化鈉不反應而氧化鋁能，該工藝流程原理為：鋁土礦加鹽酸，得到濾液A中含有鋁離子、鐵離子，沉淀1為二氧化硅，A溶液加入過量氫氧化鈉溶液，除去鐵離子，將鋁離子轉化為偏鋁酸根，進入濾液B中，通入二氧化碳，將偏鋁酸根轉化為氫氧化鋁沉淀，加熱分解得氧化鋁，電解氧化鋁得到鋁，
（1）依據(jù)一定物質的量濃度溶液的配制方法以及儀器的選擇回答即可，
（2）鋁土礦可以看做Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，鋁土礦加過量鹽酸溶解后，F(xiàn)e₂O₃、Al₂O₃和HCl反應溶解，而SiO₂和HCl不反應，不能溶解，不溶物為SiO₂；
（3）沉淀2為加入燒堿后的沉淀，所以沉淀為氫氧化物；
（4）根據(jù)電解原理可知陰極生成Al，陽極生成O₂，以此書寫電極反應式；
（5）二氧化碳不足量時，只發(fā)生CO₂和NaOH的反應；
（6）從溶液中獲得晶體的操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；
（7）根據(jù)鋁守恒來計算．

解答： 解：SiO₂和鹽酸不反應，F(xiàn)e₂O₃和氫氧化鈉不反應而氧化鋁能，該工藝流程原理為：鋁土礦加入鹽酸，得到濾液A中含有鋁離子、鐵離子，沉淀1為二氧化硅，A溶液加入過量氫氧化鈉溶液，除去鐵離子，將鋁離子轉化為偏鋁酸根，進入濾液B中，通入二氧化碳，將偏鋁酸根轉化為氫氧化鋁沉淀，加熱分解得氧化鋁，電解氧化鋁得到鋁，
（1）在實驗中需用1mol?L^-1的NaOH溶液480mL，但是實驗室中無480mL的容量瓶，依據(jù)“大而近”的儀器選擇原則，故應選取500mL容量瓶，配制該溶液需要溶解固體，故還需要燒杯，故答案為：500mL容量瓶；
（2）鋁土礦加過量鹽酸溶解，F(xiàn)e₂O₃、Al₂O₃和HCl反應溶解，反應方程式分別為：Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不與鹽酸反應，所以沉淀B為不溶物SiO₂；
故答案為：SiO₂；
（3）濾液A中含有的陽離子有Fe³⁺、Al³⁺、H⁺，加入過量燒堿，氫離子和氫氧化鈉反應生成水，鐵離子和鋁離子都和氫氧化鈉反應生成氫氧化物沉淀，氫氧化鋁易溶于氫氧化鈉溶液中生成偏鋁酸根離子，
所以沉淀2的成分是氫氧化鐵，生成氫氧化鐵的反應方程式為：Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓；
故答案為：Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓；
（4）根據(jù)電解原理可知陰極生成Al，電極方程式為Al³⁺+3e^-=Al，故答案為：Al³⁺+3e^-=Al；
（5）濾液中含有過量的NaOH，二氧化碳不足量時，先發(fā)生CO₂和NaOH的反應，所以該同學解釋合理，離子方程式為2OH^-+CO₂=CO₃^2-+H₂O，故答案為：合理；2OH^-+CO₂=CO₃^2-+H₂O；
（6）從溶液中獲得晶體的操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶；
（7）Al₂O₃～2KAl（SO₄）₂?12H₂O
  102      2mol
100g×51%   n
n=

100g×51%×2mol

102

=1mol；
故答案為：1．

點評：本題主要考查了元素化合物中金屬鋁、鐵的性質，解題時不僅需熟知物質間的反應原理，還需靈活運用于實驗的設計，題目難度不大．