Question

(12分) 鋁是重要的金屬材料，鋁土礦(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3雜質(zhì))是工業(yè)上制取鋁的原料。實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)上以鋁土礦為原料制取Al2(SO4)3和銨明礬晶體[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工藝流程如圖所示：

請回答下列問題：

（1）固體a的化學(xué)式為________，Ⅲ中通入足量CO2氣體發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________。

（2）由Ⅴ制取銨明礬溶液的化學(xué)方程式為 。

從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次為(填操作名稱) 、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌。

（3）以1 000 kg含氧化鋁36%的鋁土礦為原料制取Al2(SO4)3，需消耗質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的硫酸(密度1.84 g·cm－1) L(計(jì)算結(jié)果請保留一位小數(shù))。

（4）若同時(shí)制取銨明礬和硫酸鋁，通過控制硫酸的用量調(diào)節(jié)兩種產(chǎn)品的產(chǎn)量。若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質(zhì)的量之比為1∶1，則投料時(shí)鋁土礦中的Al2O3和H2SO4的物質(zhì)的量之比為 。

 

Answer 1

（1） SiO2 AlO2―＋CO2＋2H2O ===HCO＋Al(OH)3↓；

（2） Al2O3＋4H2SO4＋2NH3==2NH4Al(SO4)2＋3H2O；蒸發(fā)濃縮；（3）575.4 ；（4）3∶10。

【解析】

試題分析：（1）向鋁土礦(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3)中加入過量的鹽酸，Al2O3、Fe2O3發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生FeCl3、AlCl3,而SiO2不能發(fā)生反應(yīng)，所以固體a的化學(xué)式為SiO2；向含有FeCl3、AlCl3的溶液中加入過量的NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)：Fe3＋＋3OH-＝Fe(OH)3↓；Al3＋＋4OH-＝AlO2-+ 2H2O；產(chǎn)生的紅褐色沉淀是Fe(OH)3；在濾液中含有AlO2-；再向?yàn)V液中通入過量的CO2，得到Al(OH)3白色沉淀，在濾液中含有HCO，反應(yīng)的兩種方程式是：AlO2―＋CO2＋2H2O ===HCO＋Al(OH)3↓；（2）將Al(OH)3加熱分解產(chǎn)生水和V：Al2O3，用硫酸溶解Al2O3得到硫酸鋁溶液，向該溶液中通入氨氣得到銨明礬溶液，將溶液蒸發(fā)、濃縮、冷卻、結(jié)晶，最后過濾洗滌，就得到銨明礬晶體。由硫酸鋁Ⅴ制取銨明礬溶液的化學(xué)方程式為Al2O3＋4H2SO4＋2NH3==2NH4Al(SO4)2＋3H2O；從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次為蒸發(fā)、濃縮，、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌；(3)98%的硫酸(密度1.84 g·cm－1)物質(zhì)的量濃度是：c=；n(Al2O3)= (1.0 ×106 g×36%)÷102g/mol=3. 54×103mol,根據(jù)反應(yīng)方程式：Al2O3+ 3H2SO4= Al2(SO4) 3＋3H2O；可知n(H2SO4)= 3×3. 54×103mol=1.06×104mol.所以需要硫酸的體積是V(H2SO4)=n÷c=1.062×104mol÷18.4mol/L=575.4L ；若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質(zhì)的量之比為1∶1，設(shè)制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)2·12H2O的物質(zhì)的量都是1 mol，則n(Al3＋)=3 mol，n(SO42－)=5 mol，根據(jù)鋁原子和SO42－守恒原理可得，加入Al2O3和H2SO4的物質(zhì)的量之比為3/2∶5＝3∶10。

考點(diǎn)：考查物質(zhì)制取的工藝流程的知識。主要包括混合物的分離、化學(xué)方程式和離子方程式的書寫、物質(zhì)的量的計(jì)算及原料物質(zhì)混合比例的計(jì)算的知識。