Question

16．从铝土矿（主要成分是Al₂O₃，含SO₂、Fe₂O₃、MgO等杂质）中提取两种工艺品的流程如下：

已知：铝土矿中的SiO₂、Al₂O₃与NaOH反应会生成难溶的铝硅酸钠，用过量的NaOH溶液溶解铝土矿，可以除去SiO₂杂质，同时会损失部分Al₂O₃．
请回答下列问题：
（1）固体X的成分为Fe₂O₃、MgO
（2）流程甲加入盐酸后生成Al³⁺的方程式为Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O
（3）流程乙加入烧碱后生成[Al（OH）₄]?的离子方程式为Al₂O₃+3H₂O+2OH^-═2[Al（OH）₄]?
（4）滤液D中通入过量CO₂的离子方程式[Al（OH）₄]?+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-
（5）甲、乙两烧杯中各盛有 100mL 3mol•L^-1的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积为甲：乙=5：7，则加入铝粉的质量为3.78g．

Answer 1

分析 根据工艺流程甲可知，铝土矿与盐酸反应得固体A为滤液B，则固体A为SiO₂，滤液B含有氯化铝、氯化铁、氯化镁等，滤液中加入过量的NaOH，可推知沉淀C为氢氧化铁、氢氧化镁，滤液D含有偏铝酸钠、氯化钠，所以向滤液D中通入过量二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，沉淀F为Al（OH）₃，滤液E中含有NaCl、NaHCO₃；根据工艺流程乙可知，铝土矿中的Al₂O₃、SiO₂能和氢氧化钠反应，可知固体X为Fe₂O₃、MgO等，滤液Y为硅酸钠、偏铝酸钠，滤液中通入过量二氧化碳，沉淀Z为Al（OH）₃、硅酸，滤液K中含有NaHCO₃，
（1）上述分析可知固体X为Fe₂O₃、MgO；
（2）流程甲加入盐酸后生成Al³⁺的反应是氧化铝和盐酸反应生成氯化铝和水；
（3）流程乙加入烧碱后生成[Al（OH）₄]?的反应是氧化铝和氢氧化钠溶液反应生成；
（4）滤液D中含有偏铝酸根离子与过量CO₂反应生成了氢氧化铝和碳酸氢根离子；
（5）根据铝的质量相同，盐酸和氢氧化钠溶液中溶质的物质的量相同，若Al都完全反应，则生成氢气应相等，而应结束后测得生成的气体体积比为甲：乙=5：7，由方程式：2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑、2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，可知酸与金属反应时酸不过量，碱与金属反应时碱过量，结合方程式计算解答．

解答 解：由工艺流程甲可知，铝土矿与盐酸反应得固体A为滤液B，则固体A为SiO₂，滤液B含有氯化铝、氯化铁、氯化镁等，滤液中加入过量的NaOH，可推知沉淀C为氢氧化铁、氢氧化镁，滤液D含有偏铝酸钠、氯化钠，所以向滤液D中通入过量二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，沉淀F为Al（OH）₃，滤液E中含有NaCl、NaHCO₃；根据工艺流程乙可知，铝土矿中的Al₂O₃、SiO₂能和氢氧化钠反应，可知固体X为Fe₂O₃、MgO等，滤液Y为硅酸钠、偏铝酸钠，滤液中通入过量二氧化碳，沉淀Z为Al（OH）₃、硅酸，滤液K中含有NaHCO₃，
（1）依据上述分析可知，固体X为Fe₂O₃、MgO，故答案为：Fe₂O₃、MgO；
（2）流程甲加入盐酸后生成Al³⁺的反应是氧化铝和盐酸反应生成氯化铝和水，反应的离子方程式为：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，
故答案为：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（3）Al₂O₃与氢氧化钠反应，离子方程式为：Al₂O₃+3H₂O+2OH^-═2[Al（OH）₄]?，
故答案为：Al₂O₃+3H₂O+2OH^-═2[Al（OH）₄]?；
（4）滤液D与过量CO₂反应的离子方程式为：[Al（OH）₄]?+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：：[Al（OH）₄]?+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（5）根据铝的质量相同，盐酸和氢氧化钠溶液中溶质的物质的量相同，若Al都完全反应，则生成氢气应相等，而应结束后测得生成的气体体积比为甲：乙=5：7，由方程式：2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑、2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，可知酸与金属反应时酸不过量，碱与金属反应时碱过量，
盐酸和氢氧化钠溶液中溶质的物质的量均为0.1L×3mol/L=0.3mol，
设铝与酸反应时酸完全反应，生成的氢气的物质的量为x，则：
2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑
     6           3
    0.3mol       x
解得x=$\frac{0.3mol×3}{6}$=0.15mol，
则碱与金属铝反应生成的氢气的物质的量为0.15mol×$\frac{7}{5}$=0.21mol，
碱与金属铝反应时铝完全反应，设与碱反应的铝的物质的量为y，则：
2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑
2                       3
y                     0.21mol
解得y=0.14mol，
则铝的质量为0.14mol×27g/mol=3.78g，
故答案为：3.78g．

点评 本题以氧化铝提取工艺流程为载体，考查无机物推断、元素化合物性质及相互转化、除杂的方法、离子方程式、溶度积的计算等，难度中等，注意离子方程式与量有关，为易错点．