Question

13．工業(yè)上用鋁土礦（主要成分為A1₂O₃，還含有Fe₂O₃、SiO₂）提取氧化鋁，冶煉鋁的原料，提取的操作過(guò)程如圖：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）寫出步驟①中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；濾渣①的成分為SiO₂．
（2）寫出步驟②中生成含鋁化合物的化學(xué)方程式AlCl₃+4NaOH=3NaCl+Na[Al（OH）]₄或AlC1₃+4NaOH=3NaCl+NaAlO₂+2H₂O；能否將此步驟中的NaOH 溶液更換為氨水？不能（填“能”或“不能”）．若不能，請(qǐng)說(shuō)明理由：若用氨水，F(xiàn)e³⁺與Al³⁺均沉淀，無(wú)法將二者分離（若能，則此空不答）．
（3）步驟③中的X 為CO₂（填化學(xué)式），發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為CO₂+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（4）若鋁土礦的質(zhì)量為mkg，最后得到A1₂O₃的質(zhì)量為nkg（忽略提取過(guò)程中鋁元素的損失），則鋁土礦中鋁元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{27n}{51m}×100%$（用含m、n 的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 步驟①Al₂O₃、Fe₂O₃與稀鹽酸反應(yīng)生成鹽和水，反應(yīng)方程式為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，SiO₂和稀鹽酸不反應(yīng)，然后采用過(guò)濾方法得到濾渣1為SiO₂、濾液1中溶質(zhì)有AlCl₃、FeCl₃，向?yàn)V液1中加入過(guò)量NaOH溶液，發(fā)生的反應(yīng)為Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O、Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，過(guò)濾得到的濾渣2為Fe（OH）₃，濾液2中含有NaAlO₂、NaOH，向?yàn)V液乙中通入過(guò)量二氧化碳，發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，過(guò)濾后得到濾渣氫氧化鋁，濾液3為碳酸氫鈉，加熱氫氧化鋁得到氧化鋁固體，反應(yīng)方程式為2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）步驟①為Al₂O₃、Fe₂O₃與稀鹽酸反應(yīng)生成鹽和水，反應(yīng)方程式為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，SiO₂和稀鹽酸不反應(yīng)，然后采用過(guò)濾方法得到濾渣1為SiO₂；
故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；SiO₂；
（2）步驟②為向?yàn)V液1（濾液1中溶質(zhì)有AlCl₃、FeCl₃）中加入過(guò)量NaOH溶液，其中氯化鋁生成偏鋁酸鈉，反應(yīng)物額：AlCl₃+4NaOH=3NaCl+Na[Al（OH）]₄或AlC1₃+4NaOH=3NaCl+NaAlO₂+2H₂O；鋁離子與氨水反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，鐵離子也沉淀，無(wú)法將鐵離子、鋁離子分離，故不能用氨水替代氫氧化鈉；
故答案為：AlCl₃+4NaOH=3NaCl+Na[Al（OH）]₄或AlC1₃+4NaOH=3NaCl+NaAlO₂+2H₂O；不能；若用氨水，F(xiàn)e³⁺與Al³⁺均沉淀，無(wú)法將二者分離；
（3）步驟③為向偏鋁酸鈉中加入過(guò)量的X最終得到氫氧化鋁沉淀，應(yīng)為二氧化碳，反應(yīng)為：CO₂+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案為：CO₂；CO₂+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）得到A1₂O₃的質(zhì)量為nkg，則其中鋁元素的質(zhì)量為$\frac{27}{51}×n$ kg，根據(jù)鋁元素質(zhì)量守恒，則原鋁土礦中的鋁元素質(zhì)量也為$\frac{27}{51}×n$ kg，故鋁土礦中鋁元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{27n}{51m}×100%$；
故答案為：$\frac{27n}{51m}×100%$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點(diǎn)，涉及物質(zhì)之間反應(yīng)、基本實(shí)驗(yàn)操作，明確物質(zhì)性質(zhì)差異性及物質(zhì)分離提純方法是解本題關(guān)鍵，知道每個(gè)步驟發(fā)生的反應(yīng)及操作方法，題目難度不大．