题目内容
【题目】铝酸钙(mCaO·nAl2O3)是一系列由氧化钙和氧化铝在高温下烧结而成的无机化合物,被应用于水泥和灭火材料中,工业上用石灰石(主要成分为CaCO3和MgCO3)和铝土矿(主要成分是Al2O3、Fe2O3、SiO2等)制备铝酸钙的流程如图:
回答下列问题:
(1)固体B的主要成分是__(填化学式);一系列操作包括过滤、洗涤、干燥,洗涤过程应如何操作?__。
(2)向滤液中通入CO2和NH3的顺序为__,其理由是__。
(3)溶液D转化为Al(OH)3;离子方程式是__。
(4)常温下,用适量的NH4Cl溶液浸取煅粉后,若要保持滤液中c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1,则溶液的pH应大于__[已知:Mg(OH)2的K=5×10-12]。
(5)假设上述过程每一步均完全反应,最终得到的铝酸钙(3CaO·7Al2O3)的质量刚好等于原铝土矿的质量,该铝土矿中Al的质量分数为__(计算结果保留三位有效数字)。
【答案】Fe2O3 向漏斗中加水至浸没固体,待水自然流尽后,重复此操作2~3次 先通NH3,后通CO2 NH3易溶于水且可提供碱性环境,更有利于吸收CO2参加反应(合理即可) Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+ 11 42.9%
【解析】
工业上用石灰石(主要成分为CaCO3和MgCO3)高温煅烧,生成煅粉的主要成分为CaO和MgO,加入NH4Cl溶液,MgO最后转化为Mg(OH)2沉淀,CaO转化为CaCl2,通入NH3、CO2后,生成CaCO3沉淀。铝土矿(主要成分是Al2O3、Fe2O3、SiO2等)中加入足量NaOH溶液,Al2O3、SiO2都发生反应,生成NaAlO2、Na2SiO3进入溶液A,Fe2O3不溶而成固体B;溶液A中加入盐酸,Na2SiO3转化为H2SiO3沉淀(固体C),NaAlO2转化为AlCl3(溶液D);溶液D中通入NH3或加入氨水,生成Al(OH)3沉淀和溶液E(NH4Cl);Al(OH)3沉淀受热分解生成Al2O3,Al2O3与CaCO3高温反应生成铝酸钙。
(1)由以上分析可知,固体B的主要成分是Fe2O3;一系列操作包括过滤、洗涤、干燥,洗涤过程中,注意选择洗涤剂(难溶于水,用水洗)、加入量及操作方法,具体操作为:向漏斗中加水至浸没固体,待水自然流尽后,重复此操作2~3次。答案为:Fe2O3;向漏斗中加水至浸没固体,待水自然流尽后,重复此操作2~3次;
(2)因为CO2在水中的溶解度不大,若先通CO2,即便NH3的溶解度大,但最终生成的CaCO3也不会太多,所以应向滤液中先通入NH3,后通入CO2,因为NH3易溶于水且可提供碱性环境,更有利于吸收CO2参加反应(合理即可)。答案为:先通NH3,后通CO2;NH3易溶于水且可提供碱性环境,更有利于吸收CO2参加反应(合理即可);
(3)溶液D中通入NH3或加入氨水,生成Al(OH)3沉淀和NH4Cl溶液,反应的离子方程式是Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+。答案为:Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+;
(4) K=5×10-12= c(Mg2+)×c2(OH-),c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1,则c(OH-)>1×10-3mol·L-1,pH=-lgc(H+)>11。答案为:11;
(5)假设铝酸钙(3CaO·7Al2O3)为1mol,则质量为3×56+7×102=882g,原铝土矿的质量为882g,该铝土矿中Al的质量分数为=42.9%。答案为:42.9%。
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