Question

4．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等雜質(zhì)）回答下列問題：
（1）寫出鋁元素在周期表中的位置第三周期ⅢA族，已知Fe的原子序數(shù)為26，原子最外層只有2個電子，則Fe的原子結(jié)構(gòu)示意圖為．
（2）在流程第三步“酸化”中，加入的最佳物質(zhì)B是CO₂或二氧化碳，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）工業(yè)上不用電解熔融AlCl₃制取金屬鋁的原因是AlCl₃是共價化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電．
（4）SiO₂可用于工業(yè)制粗硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（5）現(xiàn)有a g鋁熱劑，含Al和Fe₂O₃，且高溫條件下兩者可恰好完全反應(yīng)．如果將其投入足量的NaOH溶液中充分反應(yīng)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下可搜集到的氣體的體積為$\frac{67.2a}{214}$L．（用含a的式子表示）

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，過濾后得濾渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；濾液用二氧化碳酸化時，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．

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，過濾后得濾渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；濾液用二氧化碳酸化時，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）Al的原子序數(shù)為13，原子核外有3個電子層，最外層電子數(shù)為3，位于周期表第三周期ⅢA 族，已知Fe的原子序數(shù)為26，原子最外層只有2個電子，則Fe的原子結(jié)構(gòu)示意圖為，
故答案為：第三周期ⅢA 族；；
（2）在流程第三步“酸化”的目的是生成氫氧化鋁沉淀，應(yīng)通入二氧化碳，反應(yīng)的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：CO₂或二氧化碳；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）因AlCl₃是共價化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電，工業(yè)用電解熔融的氧化鋁制備鋁，故答案為：AlCl₃是共價化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電；
（4）SiO₂可用于工業(yè)制粗硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
 （5）反應(yīng)方程式為2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe，a g鋁熱劑中含有xmolAl，則27x+0.5x×160=a，x=$\frac{a}{107}$mol，與氫氧化鈉反應(yīng)發(fā)生2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，可知生成n（H₂）=$\frac{3a}{214}$mol，體積為$\frac{67.2a}{214}$L，
故答案為：$\frac{67.2a}{214}$L．

點評 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)知識的結(jié)合分析解決問題，側(cè)重知識遷移應(yīng)用能力的考查，題目難度中等．