Question

（2012?江苏三模）硝酸铝广泛用于有机合成、印染工业等．工业上以铝灰为原料（主要成分为Al，含少量Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂、CaO、MgO等）制备硝酸铝的工艺流程如下：

已知：Al（OH）₃沉淀和溶解的pH如下表：

Al（OH）3	开始沉淀	沉淀完全	沉淀开始溶解	沉淀完全溶解
pH	3.3	5.0	7.8	12.8

回答下列问题：
（1）碱溶时，发生主反应的离子方程式为

2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑

．
（2）工艺流程中第一次加入硝酸调pH=7.0的目的是

铝离子沉淀完全

．pH=7.0时，溶液中c（Al³⁺）=

1.3×10^-12mol/L

（通常条件下，Ksp[Al（OH）₃]=1.3×10^-33）．
（3）若忽略杂质跟酸、碱的反应，则在碱溶、调pH=7.0、酸溶过程中，理论上消耗碱、酸的物质的量之比n₁（NaOH）：n₂（HNO₃）：n₃（HNO₃）=

1：1：3

．
（4）现用1t铝灰制硝酸铝晶体[Al（NO₃）₃?9H₂O]，最后生产出7.5t硝酸铝晶体．若生产过程中铝元素的损失率为10%，计算铝灰中铝元素的质量分数．

Answer 1

分析：（1）主要为Al，则Al与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氢气；
（2）由表格中的数据可知，铝离子沉淀完全；c（Al³⁺）=

3	Ksp c(OH-)

；
（3）碱溶发生2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，调pH=7.0、酸溶发生NaAlO₂+HNO₃+H₂O═NaNO₃+Al（OH）₃↓，酸溶发生Al（OH）₃↓+3HNO₃═Al（NO₃）₃+3H₂O；
（4）由原子守恒可知，Al～Al（NO₃）₃?9H₂O，以此计算．

解答：解：（1）主要为Al，则Al与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，离子反应为2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）由表格中的数据可知，第一次加入硝酸调pH=7.0的目的是铝离子沉淀完全；c（Al³⁺）=

3	Ksp c(OH-)

=

3	1.3×10-33 1×10-7

=1.3×10^-12mol/L，
故答案为：铝离子沉淀完全；1.3×10^-12mol/L；
（3）碱溶发生2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，调pH=7.0、酸溶发生NaAlO₂+HNO₃+H₂O═NaNO₃+Al（OH）₃↓，酸溶发生Al（OH）₃↓+3HNO₃═Al（NO₃）₃+3H₂O，
则理论上消耗碱、酸的物质的量之比n₁（NaOH）：n₂（HNO₃）：n₃（HNO₃）=1：1：3，故答案为：1：1：3；
（4）由原子守恒可知，Al～Al（NO₃）₃?9H₂O，则
                    27         375
         1t×（1-10%）×x      7.5t

27

1t×(1-10%)×x

=

375

7.5t

，
解得x=0.6=60%，
答：铝灰中铝元素的质量分数为60%．

点评：本题以流程图考查离子反应及有关守恒法的计算，明确流程中每步发生的化学反应及物质的性质是解答的关键，题目难度中等．