Question

7．鋁是一種重要的金屬，在生產、生活中具有許多重要的用途，如下框圖是從鋁土礦中制備鋁的工藝流程：

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；
②溶液中的硅酸鈉與偏鋁酸鈉反應，能生成硅鋁酸鹽沉淀，化學方程式為：2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+4H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+2H₂O+4NaOH
回答下列問題：
（1）溶解鋁土礦時，發(fā)生反應的離子方程式為：2OH^-+Al₂O₃═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O．
（2）濾渣A的主要成分Fe₂O₃；硅鋁酸鹽沉淀寫成氧化物的形式是Na₂Al₂Si₂O₈、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溶于強酸而不溶于弱酸，提高Al₂O₃的提取率_
（4）若該工廠用mkg鋁土礦共制得n kg Al（假設每步反應進行完全），則鋁土礦中Al₂O₃的質量分數為$\frac{5100n}{27m}$%或$\frac{1700n}{9m}$%．
（5）若將鋁溶解，下列試劑中最好選用B（填編號）．
A．濃硫酸B． 稀硫酸C．稀HNO₃   D．濃HNO₃
（6）電解冶煉鋁時用Na₃AlF₆作助熔劑，Na₃AlF₆是配合物，其中內界是：[AlF₆]^3-，配位數為_6．

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，加入足量的氫氧化鈉，氧化鋁、二氧化硅與NaOH溶液反應均生成鹽和水，只有氧化鐵與堿不反應，結合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，過濾后得濾渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；濾液用二氧化碳酸化時，將NaAlO₂完全轉化為Al（OH）₃，反應的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；過濾得氫氧化鋁沉淀，灼燒得氧化鋁，電解氧化鋁得單質鋁，
（1）Al₂O₃是兩性氫氧化物，SiO₂是酸性氧化物，二者都與強堿反應生成鹽和水；
（2）Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃用堿溶的方法分開．首先除掉不反應的Fe₂O₃，根據題中已知條件②除掉Na₂SiO₃．從而生成Na₂Al₂Si₂O₈，所以濾渣有兩種．氧化物的形式是：金屬氧化物•非金屬氧化物•水，注意活潑金屬氧化物寫在前，注意原子個數的比例與原化學式中相同；
（3）通入二氧化碳酸化將NaAlO₂轉化成Al（OH）₃，考查了氫氧化鋁溶于強酸不溶于弱酸的知識；
（4）計算質量分數時用原子守恒法解，這是關系式：2Al～Al₂O₃，已知鋁的質量，可算出鋁的物質的量n（Al），再利用關系式算三氧化二鋁的物質的量，n（Al₂O₃）=$\frac{1}{2}$n（Al），
Al₂O₃的質量為：m=n（Al₂O₃）•M（Al₂O₃），所以Al₂O₃的質量分數為Al₂O₃的質量除以鋁土礦的總質量；
（5）鐵、鋁遇濃硫酸、濃硝酸會鈍化，稀硝酸與鋁反應產生有毒氣體；
（6）在配合物中，內界是配位單元，含配位鍵，內界是復雜離子，外界是簡單離子；配位原子是提供孤對電子的原子，配位數是配位原子的數目．

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，加入足量的氫氧化鈉，氧化鋁、二氧化硅與NaOH溶液反應均生成鹽和水，只有氧化鐵與堿不反應，結合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，過濾后得濾渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；濾液用二氧化碳酸化時，將NaAlO₂完全轉化為Al（OH）₃，反應的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；過濾得氫氧化鋁沉淀，灼燒得氧化鋁，電解氧化鋁得單質鋁，
（1）Al₂O₃是兩性氫氧化物，SiO₂是酸性氧化物，都要與強堿反應生成鹽和水，反應的離子方程式為：，
故答案為：2OH^-+Al₂O₃═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（2）由于氫氧化鈉是足量的，所以Al₂O₃和SiO₂充分反應，生成Na₂SiO₃和NaAlO₂，而鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，SiO₂少量，那么生成的Na₂SiO₃少，NaAlO₂多，
發(fā)生反應2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+4H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+2H₂O+4NaOH后，濾渣有之前不反應的Fe₂O₃和生成的Na₂Al₂Si₂O₈，濾液中有NaOH、余下大量的NaAlO₂；
氧化物的形式為：金屬氧化物•非金屬氧化物•水，注意活潑金屬氧化物寫在前，則改寫成氧化物的形式為：Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂，
故答案為：Fe₂O₃；Na₂Al₂Si₂O₈、Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂；
（3）從第2小題的分析可知濾液中的NaAlO₂要轉化成Al（OH）₃不能用鹽酸，鹽酸是強酸，強酸過量后Al（OH）₃會溶解，
故答案為：Al（OH）₃溶于強酸而不溶于弱酸，提高Al₂O₃的提取率；
（4）已知鋁nkg，可算出鋁的物質的量，n（Al）=$\frac{1000ng}{27g/mol}$=$\frac{1000n}{27}$mol，根據原子守恒可得：2Al～Al₂O₃，則三氧化二鋁的物質的量：n（Al₂O₃）=$\frac{1}{2}$n（Al），
n（Al₂O₃）=$\frac{500n}{27}$mol，所以Al₂O₃的質量為：m=n（Al₂O₃）•M（Al₂O₃）=$\frac{500n}{27}$mol×102 g•mol^-1 =$\frac{51000n}{27}$ g，所以Al₂O₃的質量分數為：$\frac{\frac{51000n}{27}g}{1000mg}$×100%=$\frac{5100n}{27m}$%或$\frac{1700n}{9m}$%，
故答案為：$\frac{5100n}{27m}$%或$\frac{1700n}{9m}$%． 
（5）因鋁與濃硫酸在常溫下發(fā)生鈍化，加熱溶解會產生有毒氣體SO₂，原料利用率低；稀硝酸能溶解鋁但會產生NO氣體，污染空氣，硝酸利用率低；而鋁與稀硫酸反應速率較快，產生的H₂對空氣無污染，則選稀硫酸溶解Al最好，
故答案為：B；
（6）在配合物中，內界是配位單元，含配位鍵，內界是復雜離子，外界是簡單離子；配位原子是提供孤對電子的原子，配位數是配位原子的數目，這里的配位原子是氟原子，有6個，
故答案為：[AlF₆]^3-；6．

點評 本題考查制備方案的設計，涉及Al及其化合物的化學性質、物質分離提純方法和基本操作的綜合應用，題目難度中等，注意把握流程中發(fā)生的化學反應為解答的關鍵，注重信息與所學知識的結合分析解決問題，側重知識遷移應用能力的考查．