Question

16．從鋁土礦（主要成分是Al₂O₃，含SO₂、Fe₂O₃、MgO等雜質(zhì)）中提取兩種工藝品的流程如下：

已知：鋁土礦中的SiO₂、Al₂O₃與NaOH反應(yīng)會(huì)生成難溶的鋁硅酸鈉，用過量的NaOH溶液溶解鋁土礦，可以除去SiO₂雜質(zhì)，同時(shí)會(huì)損失部分Al₂O₃．
請(qǐng)回答下列問題：
（1）固體X的成分為Fe₂O₃、MgO
（2）流程甲加入鹽酸后生成Al³⁺的方程式為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O
（3）流程乙加入燒堿后生成[Al（OH）₄]?的離子方程式為Al₂O₃+3H₂O+2OH^-═2[Al（OH）₄]?
（4）濾液D中通入過量CO₂的離子方程式[Al（OH）₄]?+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-
（5）甲、乙兩燒杯中各盛有 100mL 3mol•L^-1的鹽酸和氫氧化鈉溶液，向兩燒杯中加入等質(zhì)量的鋁粉，反應(yīng)結(jié)束后測(cè)得生成的氣體體積為甲：乙=5：7，則加入鋁粉的質(zhì)量為3.78g．

Answer 1

分析 根據(jù)工藝流程甲可知，鋁土礦與鹽酸反應(yīng)得固體A為濾液B，則固體A為SiO₂，濾液B含有氯化鋁、氯化鐵、氯化鎂等，濾液中加入過量的NaOH，可推知沉淀C為氫氧化鐵、氫氧化鎂，濾液D含有偏鋁酸鈉、氯化鈉，所以向?yàn)V液D中通入過量二氧化碳，生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，沉淀F為Al（OH）₃，濾液E中含有NaCl、NaHCO₃；根據(jù)工藝流程乙可知，鋁土礦中的Al₂O₃、SiO₂能和氫氧化鈉反應(yīng)，可知固體X為Fe₂O₃、MgO等，濾液Y為硅酸鈉、偏鋁酸鈉，濾液中通入過量二氧化碳，沉淀Z為Al（OH）₃、硅酸，濾液K中含有NaHCO₃，
（1）上述分析可知固體X為Fe₂O₃、MgO；
（2）流程甲加入鹽酸后生成Al³⁺的反應(yīng)是氧化鋁和鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁和水；
（3）流程乙加入燒堿后生成[Al（OH）₄]?的反應(yīng)是氧化鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成；
（4）濾液D中含有偏鋁酸根離子與過量CO₂反應(yīng)生成了氫氧化鋁和碳酸氫根離子；
（5）根據(jù)鋁的質(zhì)量相同，鹽酸和氫氧化鈉溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量相同，若Al都完全反應(yīng)，則生成氫氣應(yīng)相等，而應(yīng)結(jié)束后測(cè)得生成的氣體體積比為甲：乙=5：7，由方程式：2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑、2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，可知酸與金屬反應(yīng)時(shí)酸不過量，堿與金屬反應(yīng)時(shí)堿過量，結(jié)合方程式計(jì)算解答．

解答 解：由工藝流程甲可知，鋁土礦與鹽酸反應(yīng)得固體A為濾液B，則固體A為SiO₂，濾液B含有氯化鋁、氯化鐵、氯化鎂等，濾液中加入過量的NaOH，可推知沉淀C為氫氧化鐵、氫氧化鎂，濾液D含有偏鋁酸鈉、氯化鈉，所以向?yàn)V液D中通入過量二氧化碳，生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，沉淀F為Al（OH）₃，濾液E中含有NaCl、NaHCO₃；根據(jù)工藝流程乙可知，鋁土礦中的Al₂O₃、SiO₂能和氫氧化鈉反應(yīng)，可知固體X為Fe₂O₃、MgO等，濾液Y為硅酸鈉、偏鋁酸鈉，濾液中通入過量二氧化碳，沉淀Z為Al（OH）₃、硅酸，濾液K中含有NaHCO₃，
（1）依據(jù)上述分析可知，固體X為Fe₂O₃、MgO，故答案為：Fe₂O₃、MgO；
（2）流程甲加入鹽酸后生成Al³⁺的反應(yīng)是氧化鋁和鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁和水，反應(yīng)的離子方程式為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，
故答案為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（3）Al₂O₃與氫氧化鈉反應(yīng)，離子方程式為：Al₂O₃+3H₂O+2OH^-═2[Al（OH）₄]?，
故答案為：Al₂O₃+3H₂O+2OH^-═2[Al（OH）₄]?；
（4）濾液D與過量CO₂反應(yīng)的離子方程式為：[Al（OH）₄]?+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：：[Al（OH）₄]?+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（5）根據(jù)鋁的質(zhì)量相同，鹽酸和氫氧化鈉溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量相同，若Al都完全反應(yīng)，則生成氫氣應(yīng)相等，而應(yīng)結(jié)束后測(cè)得生成的氣體體積比為甲：乙=5：7，由方程式：2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑、2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，可知酸與金屬反應(yīng)時(shí)酸不過量，堿與金屬反應(yīng)時(shí)堿過量，
鹽酸和氫氧化鈉溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量均為0.1L×3mol/L=0.3mol，
設(shè)鋁與酸反應(yīng)時(shí)酸完全反應(yīng)，生成的氫氣的物質(zhì)的量為x，則：
2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑
     6           3
    0.3mol       x
解得x=$\frac{0.3mol×3}{6}$=0.15mol，
則堿與金屬鋁反應(yīng)生成的氫氣的物質(zhì)的量為0.15mol×$\frac{7}{5}$=0.21mol，
堿與金屬鋁反應(yīng)時(shí)鋁完全反應(yīng)，設(shè)與堿反應(yīng)的鋁的物質(zhì)的量為y，則：
2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑
2                       3
y                     0.21mol
解得y=0.14mol，
則鋁的質(zhì)量為0.14mol×27g/mol=3.78g，
故答案為：3.78g．

點(diǎn)評(píng) 本題以氧化鋁提取工藝流程為載體，考查無機(jī)物推斷、元素化合物性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化、除雜的方法、離子方程式、溶度積的計(jì)算等，難度中等，注意離子方程式與量有關(guān)，為易錯(cuò)點(diǎn)．