Question

2．某课外小组研究铝土矿中Al₂O₃的含量．查阅资料得知，铝土矿的主要成分是Al₂O₃，杂质是Fe₂O₃、SiO₂等．从铝土矿中提取Al₂O₃的过程如下：

（1）固体B的主要用途有（写出1条即可）炼铁原料、用作涂料、油漆等．
（2）第①步，向铝土矿中加入足量烧碱溶液，充分反应，发生反应的离子方程式是：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（3）第③步中，生成氢氧化铝的离子方程式是Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．
若往A溶液中通入足量CO₂，请写出可能发生反应的离子方程式AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-和SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O═H₂SiO₃↓+2HCO₃^-；．
（4）工业上制取AlCl₃用Al₂O₃与C、Cl₂在高温条件下反应，每消耗0.5mol碳单质，转移1mol电子，反应的化学方程式是Al₂O₃+3Cl₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO．
（5）将实验过程中所得固体精确称量．课外小组发现所得氢氧化铝固体的质量与原铝土矿质量相等，求该铝土矿中Al₂O₃的质量分数．（写出计算过程，计算结果保留一位小数）

Answer 1

分析 向铝土矿中加入足量烧碱溶液后，氧化铝是两性氧化物，既溶液强酸又溶于强碱，只Fe₂O₃溶于强酸，不溶于碱，SiO₂只溶于强碱，不溶于酸，则在①得到滤液中含有偏铝酸根离子、硅酸根离子，加入盐酸生成硅酸和氯化铝，氯化铝溶液中滴入氨水生成氢氧化铝，氢氧化铝受热分解，生成氧化铝，由此分析解答．
（1）氧化铁为红色，简称铁红，可用作涂料、油漆等；
（2）向铝土矿中加入足量烧碱溶液后，氧化铝是两性氧化物，既溶液强酸又溶于强碱．只Fe₂O₃溶于强酸，不溶于碱，SiO₂只溶于强碱，不溶于酸，则在①得到滤液中含有偏铝酸根离子、硅酸根离子；
（3）试剂③为氨水，将铝离子转化为氢氧化铝沉淀．加热分解得氧化铝；若往A溶液中通入足量CO₂，硅酸根离子和偏铝酸根离子反应生成硅酸和氢氧化铝；
（4）Cl₂有强氧化性，将C氧化为CO，自身被还原为C1^-，根据得失电子守恒解答；
（5）所得氢氧化铝固体的质量与原铝土矿质量相等，这说明铝土矿中Al₂O₃的质量分数和氢氧化铝中氧化铝的质量分数是相同，分析求解．

解答 解：（1）向铝土矿中加入足量烧碱溶液后，则在①得到滤液中含有偏铝酸根离子、硅酸根离子，滤渣为氧化铁，氧化铁可作为炼铁的原料，氧化铁为红色，可用作涂料、油漆等，
故答案为：炼铁原料、用作涂料、油漆等；
（2）根据框图流程，向铝土矿中加入足量烧碱溶液后，氧化铝是两性氧化物，既溶液强酸又溶于强碱．只Fe₂O₃溶于强酸，不溶于碱，SiO₂只溶于强碱，不溶于酸，则在①得到滤液中含有偏铝酸根离子、硅酸根离子，滤渣为氧化铁氧化铁和氢氧化钠溶液不反应，
则向铝土矿中加入足量烧碱溶液后，发生反应的离子方程式是Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案为：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（3）试剂③为氨水，将铝离子转化为氢氧化铝沉淀．离子方程式为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；若往A溶液中通入足量CO₂，硅酸根离子和偏铝酸根离子反应生成硅酸和氢氧化铝，反应的离子方程式为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-和SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O═H₂SiO₃↓+2HCO₃^-；故答案为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-和SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O═H₂SiO₃↓+2HCO₃^-；
（4）Cl₂有强氧化性，碳具有还原性，每消耗0.5 mol 碳单质，转移1mol电子，这说明反应中碳失去2个电子，即氧化产物是CO，所以反应的化学方程式是Al₂O₃+3Cl₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO，
故答案为：Al₂O₃+3Cl₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO；
（5）将实验过程中所得固体精确称量，课外小组发现所得氢氧化铝固体的质量与原铝土矿质量相等，说明所得氢氧化铝固体的质量与原铝土矿质量相等，即铝土矿中Al₂O₃的质量分数和氢氧化铝中氧化铝的质量分数是相同的．又因为氧化铝可以写成Al₂O₃•3H₂O的形式，所以质量分数是$\frac{102}{102+54}$×100%=65.4%，
答：铝土矿中Al₂O₃的质量分数为65.4%．

点评 本题以框图题形式考查铝的化合物的性质，清楚提取的操作过程原理，能熟练对知识迁移进行综合运用是解答的关键，题目难度中等．