Question

9．鋁硅合金材料性能優(yōu)良．鋁土礦（含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）干法制取該合金的工藝如圖1：

（1）若濕法處理鋁土礦，用強(qiáng)酸浸取時(shí)，所得溶液中陽(yáng)離子有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺．
（2）鋁硅合金材料中若含鐵，會(huì)影響其抗腐蝕性．原因是鐵與鋁形成原電池，加快了鋁的腐蝕．
（3）焙燒除鐵反應(yīng)：4（NH₄）₂SO₄+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₄Fe（SO₄）₂+3H₂O+6NH₃↑（Al₂O₃部分發(fā)生類似反應(yīng)）．氧化物轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的百分率與溫度的關(guān)系如圖2，最適宜焙燒溫度為300℃．指出氣體Ⅰ的用途制氮肥、用硫酸吸收氣體（氨氣）循環(huán)到焙燒過(guò)程中等（任寫一種）．
（4）操作①包括：加水溶解、過(guò)濾．若所得溶液中加入過(guò)量NaOH溶液，含鋁微粒發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（5）用焦炭還原SiO₂、Al₂O₃會(huì)產(chǎn)生中間體SiC、Al₄C₃．任寫一個(gè)高溫下中間體又與Al₂O₃反應(yīng)生成鋁、硅單質(zhì)的化學(xué)方程式Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6Al+3CO↑．
（6）不計(jì)損失，投入1t鋁土礦，當(dāng)加入27kg純鋁后，鋁硅合金中m：n=9：5．（摩爾質(zhì)量：SiO₂---60g/mol  Al₂O₃---102g/mol）

Answer 1

分析 鋁土礦（含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）加硫酸銨焙燒，F(xiàn)e₂O₃轉(zhuǎn)化為NH₄Fe（SO₄）₂同時(shí)生成氨氣，加水溶解、過(guò)濾，濾渣為SiO₂和Al₂O₃，用焦炭在高溫條件下還原SiO₂、Al₂O₃得到硅鋁熔體，在加純鋁攪拌，得到硅鋁合金；
（1）鋁土礦中的氧化鋁和氧化鐵能溶于強(qiáng)酸；
（2）Al、Fe形成原電池，活潑性強(qiáng)的做負(fù)極；
（3）焙燒時(shí)盡可能是氧化鐵反應(yīng)，而氧化鋁不反應(yīng)；氨氣可以制氮肥，也可以制備硫酸銨循環(huán)利用；
（4）根據(jù)流程分析解答；溶液中含有鋁離子與氫氧根離子生成偏鋁酸根離子；
（5）在高溫條件下，Al₄C₃與Al₂O₃反應(yīng)生成Al和CO；
（6）鋁土礦中含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃，又加入27kg純鋁，根據(jù)質(zhì)量守恒計(jì)算鋁硅的質(zhì)量和質(zhì)量比．

解答 解：鋁土礦（含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）加硫酸銨焙燒，F(xiàn)e₂O₃轉(zhuǎn)化為NH₄Fe（SO₄）₂同時(shí)生成氨氣，加水溶解、過(guò)濾，濾渣為SiO₂和Al₂O₃，用焦炭在高溫條件下還原SiO₂、Al₂O₃得到硅鋁熔體，在加純鋁攪拌，得到硅鋁合金；
（1）鋁土礦中的氧化鋁和氧化鐵能溶于強(qiáng)酸生成Al³⁺、Fe³⁺，另外還有剩余的H⁺，所以溶液中的陽(yáng)離子有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺；
故答案為：Al³⁺、Fe³⁺、H⁺；
（2）Al、Fe形成原電池，Al活潑性比Fe強(qiáng)的做負(fù)極，被腐蝕，所以鋁硅合金材料中若含鐵，容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕；
故答案為：鐵與鋁形成原電池，加快了鋁的腐蝕；
（3）焙燒時(shí)盡可能是氧化鐵反應(yīng)，而氧化鋁不反應(yīng)，由圖可知在300℃時(shí)，氧化鐵轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的百分率很高，而氧化鋁轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的百分率最低，所以最適宜焙燒溫度為300℃；氣體Ⅰ為氨氣，氨氣可以用于制氮肥，也可以用硫酸吸收來(lái)備硫酸銨循環(huán)到焙燒過(guò)程中；
故答案為：300℃；制氮肥、用硫酸吸收氣體（氨氣）循環(huán)到焙燒過(guò)程中；
（4）由流程分析可知，操作①包括：加水溶解、過(guò)濾；溶液中含有鋁離子與氫氧根離子生成偏鋁酸根離子，其反應(yīng)的離子方程式為：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
故答案為：過(guò)濾；Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（5）在高溫條件下，Al₄C₃與Al₂O₃反應(yīng)生成Al和CO，其反應(yīng)的方程式為：Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6Al+3CO↑；
故答案為：Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6Al+3CO↑；
（6）投入1t鋁土礦，加入27kg純鋁，已知鋁土礦中含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃，則Al的總質(zhì)量為：1000kg×40.8%×$\frac{54}{102}$+27kg=243kg，
Si的總質(zhì)量為1000kg×30%×$\frac{28}{60}$=140kg，則鋁硅合金中m：n=$\frac{243}{27}$：$\frac{140}{28}$=9：5，
故答案為：9：5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離和提純基本操作，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(shí)的結(jié)合分析解決問(wèn)題，側(cè)重知識(shí)遷移應(yīng)用能力的考查，題目難度中等．