题目内容
【题目】铝是重要的金属材料,铝土矿(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al2(SO4)3和铵明矾晶体[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如图所示:
请回答下列问题:
(1)固体a的化学式为________。
(2)写出Ⅱ中加过量的烧碱涉及到的反应离子方程式______________、_____________;Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为_________________。
(3)由Ⅲ中得到滤液c的实验操作为__________,从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为(填操作名称)________、冷却结晶、过滤洗涤。
(4)滤液c显________性,日常生活中常用其溶质来________________(任写一点);
(5)若同时制取铵明矾和硫酸铝,通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1,则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为________。
【答案】 SiO2 Al3+ + 4OH-=== AlO+2H2O Fe3+ + 3OH- ===Fe(OH)3↓ AlO+CO2+2H2O===HCO+Al(OH)3↓ 过滤 蒸发浓缩 碱 发酵粉(合理即给分) 3∶10
【解析】试题分析:本题以铝土矿为原料制取Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)2·12H2O的工艺流程为载体,考查流程的分析,方程式的书写,物质的分离提纯,化学计算。第I步,加入稀盐酸后铝土矿中Al2O3、Fe2O3溶解生成AlCl3、FeCl3,SiO2不反应且SiO2不溶于水,固体a为SiO2;第II步,向滤液中加入过量烧碱,FeCl3与NaOH反应生成红褐色固体Fe(OH)3和NaCl,AlCl3与过量NaOH反应生成NaCl、NaAlO2和H2O;第III步,向滤液中通入足量CO2,CO2与NaAlO2溶液反应生成Al(OH)3和NaHCO3;第IV步,Al(OH)3受热分解生成Al2O3和H2O;第V步,Al2O3与足量稀硫酸反应生成Al2(SO4)3和H2O,然后向溶液中通入NH3制得铵明矾溶液。
(1)根据上述分析,固体a为难溶于盐酸的二氧化硅,固体a的化学式为SiO2。
(2)II中加入过量的烧碱涉及到的反应离子方程式为Al3++4OH-=AlO2-+2H2O、Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓。III中通入足量CO2气体发生反应的化学方程式为CO2+NaAlO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3,离子方程式为CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-。
(3)III中反应得到难溶于水的Al(OH)3和NaHCO3溶液,得到滤液c的实验操作为过滤。从铵明矾溶液中获得NH4Al(SO4)2·12H2O的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤。
(4)滤液c为NaHCO3溶液,NaHCO3溶液呈碱性。日常生活中常用NaHCO3作发酵粉等。
(5)铵明矾与硫酸铝物质的量之比为1:1,则n(Al3+):n(SO42-)=3:5,Al3+全部来自铝土矿中的Al2O3,SO42-全部来自H2SO4,根据Al和SO42-守恒,投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4物质的量之比为:5=3:10。