Question

【題目】如圖是從鋁士礦（主要成分為Al2O3，還含有少量SiO2、Fe2O3等雜質）中提取Al2O3并生產AlN的工藝流程：

（1）“溶解”時，溶液中的硅酸鈉與偏鋁酸鈉發(fā)生反應：2Na2SiO3+2NaAlO2+2H2O＝Na2Al2Si2O8↓+4NaOH，赤泥的主要成分為_______（寫出化學式）。

（2）“酸化”時通入過量CO2與NaAlO2反應生成Al(OH)3，濾液的主要成分為______（寫出化學式）。 實驗室過濾需用到的玻璃儀器有燒杯、__________、玻璃棒。

（3）“還原”時，炭黑在高溫下被氧化為CO，反應的化學方程式為_______。

（4）現(xiàn)取三份不同質量的氮化鋁樣品（假設雜質只含有炭黑）分別加到20.00 mL相同濃度的NaOH溶液中，充分反應后，測得實驗數(shù)據(jù)如下表所示。（已知：AlN+NaOH+H2O＝NaAlO2+NH3↑）

實驗序號	I	II	III
加入氮化鋁樣品的質量/g	4.1	8.2	12.3
生成氨氣的體積/L（標準狀況）	1.456	2.912	4.256

①該樣品中AlN的質量分數(shù)為_____。

②所用NaOH溶液的濃度為___mol/L。

Answer 1

【答案】Fe2O3、Na2Al2Si2O8 NaHCO3 漏斗 65% 9.5

【解析】

鋁士礦(主要成分為Al2O3，還含有少量SiO2、Fe2O3等雜質)，鋁士礦中加入氫氧化鈉溶液，SiO2和Al2O3溶于氫氧化鈉溶液，溶液中的硅酸鈉與偏鋁酸鈉發(fā)生反應:2Na2SiO3+2NaAlO2+2H2O═Na2Al2Si2O8↓+4NaOH，氧化鐵不溶于氫氧化鈉溶液，所以過濾得赤泥為Fe2O3、Na2Al2Si2O8，濾液主要為偏鋁酸鈉溶液，偏鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀和NaHCO3溶液，氫氧化鋁灼燒得氧化鋁，氧化鋁、碳、氮氣在高溫下生成氮化鋁，據(jù)此答題。

（1）“溶解”時，溶液中的硅酸鈉與偏鋁酸鈉發(fā)生反應：2Na2SiO3+2NaAlO2+2H2O＝Na2Al2Si2O8↓+4NaOH，氧化鐵不溶于氫氧化鈉溶液，所以過濾得赤泥為Fe2O3、Na2Al2Si2O8，赤泥的主要成分為Fe2O3、Na2Al2Si2O8。

（2）“酸化”時通入過量CO2與NaAlO2反應生成Al(OH)3沉淀和NaHCO3，所以濾液的主要成分為NaHCO3。過濾需用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒。

（3）“還原”時，炭黑、氧化鋁、N,在高溫下生成氮化鋁和CO，反應的化學方程式為。

（4）①隨加入樣品的質量增大，生成氨氣的體積增大，說明實驗I中樣品完全反應，氫氧化鈉有剩余，標準狀況下1.456L氨氣的物質的量是 ，設實驗I的樣品中AlN的質量為xg；

AlN+NaOH+H2O＝NaAlO2+NH3↑

41g 1mol

xg 0.065mol

，x=2.665g，

該樣品中AlN的質量分數(shù)為 ；

實驗III樣品的質量是實驗I中樣品質量的3倍，但生成氨氣的體積小于實驗I的3倍，說明實驗III樣品有剩余，氫氧化鈉溶液完全反應，標準狀況下4.256 L氨氣的物質的量是 ，

AlN+NaOH+H2O＝NaAlO2+NH3↑

1mol 1mol

xmol 0.19mol

，x=0.19mol，NaOH溶液的濃度為9.5mol/L。