Question

15．鋁硅合金材料性能優(yōu)良．用鋁土礦（含30%SiO₂、37.6%Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）干法制取該合金的工藝如下：

（1）檢驗(yàn)鋁土礦中的鐵元素需要試劑：硫酸和KSCN溶液，工業(yè)制備粗硅的化學(xué)方程式為2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO+Si．
（2）焙燒除鐵反應(yīng)：4（NH₄）₂SO₄+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₄Fe（SO₄）₂+3H₂O+6NH₃↑（Al₂O₃部分發(fā)生類(lèi)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，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．（任寫(xiě)一種）．

（3）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．
（4）用焦炭還原．SiO₂、Al₂O₃會(huì)產(chǎn)生中間體SiC、Al₄C₃．任寫(xiě)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↑．
（5）投入1t鋁土礦，焙燒時(shí)，鋁損失5%（其余損失不計(jì)），當(dāng)加入27kg純鋁后，鋁硅合金中m：n=8：5．

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）氧化鐵是堿性氧化物與酸反應(yīng)生成鐵鹽，然后加入KSCN溶液進(jìn)行檢驗(yàn)，觀察溶液是否呈血紅色；工業(yè)上是用碳和二氧化硅在高溫條件下反應(yīng)制備粗硅；
（2）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；
（3）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；
（4）在高溫條件下，Al₄C₃與Al₂O₃反應(yīng)生成Al和CO；
（5）鋁土礦中含30%SiO₂、37.6%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）氧化鐵是堿性氧化物與酸反應(yīng)生成鐵鹽，然后加入KSCN溶液進(jìn)行檢驗(yàn)，觀察溶液是否呈血紅色，所以檢驗(yàn)鋁土礦中的鐵元素需要試劑：硫酸和KSCN溶液，工業(yè)上是用碳和二氧化硅在高溫條件下反應(yīng)制備粗硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO+Si，故答案為：硫酸和KSCN溶液；2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO+Si；
（2）焙燒時(shí)盡可能是氧化鐵反應(yīng)，而氧化鋁不反應(yīng)，由圖可知在300℃時(shí)，氧化鐵轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的百分率很高，而氧化鋁轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的百分率最低，所以最適宜焙燒溫度為300℃；氣體Ⅰ為氨氣，氨氣可以用于制氮肥，也可以用硫酸吸收來(lái)備硫酸銨循環(huán)到焙燒過(guò)程中；
故答案為：300℃；制氮肥、用硫酸吸收氣體（氨氣）循環(huán)到焙燒過(guò)程中；
（4）由流程分析可知，操作①包括：加水溶解、過(guò)濾；溶液中含有鋁離子與氫氧根離子生成偏鋁酸根離子，其反應(yīng)的離子方程式為：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
故答案為：過(guò)濾；Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（5）在高溫條件下，Al₄C₃與Al₂O₃反應(yīng)生成Al和CO，其反應(yīng)的方程式為：Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6Al+3CO↑；
故答案為：Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6Al+3CO↑；
（6）投入1t鋁土礦，加入27kg純鋁，已知鋁土礦中含30%SiO₂、37.6%Al₂O₃，則Al的總質(zhì)量為：1000kg×37.6%×$\frac{54}{102}$+27kg=226kg，
Si的總質(zhì)量為1000kg×30%×$\frac{28}{60}$=140kg，則鋁硅合金中m：n=$\frac{226}{27}$：$\frac{140}{28}$=8：5，
故答案為：8：5．

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．