Question

13．电解法冶炼铝的原料是Al₂O₃，可由自然界中铝土矿获得，其生产过程可表示为：铝土矿（主要成分Al₂O₃，杂质SiO₂、Fe₂O₃）→Al（OH）₃→Al₂O₃→Al．
从铝土矿到Al（OH）₃的转化有两种方案：
方案1：

方案2：

回答下列问题：
（1）写出方案2中，向铝土矿中加入过量氢氧化钠溶液，发生反应的离子方程式：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O、Al₂O₃+2OH^-+3H₂O=2[Al（OH）₄]^-．
（2）上述流程中，试剂A的化学式为CO₂；试剂B的化学式为NH₃•H₂O或NH₃；过滤③中，所得固体为Al（OH）₃，所得滤液中溶质的主要成分是NaHCO₃（填化学式）
（3）在生活中，常利用Al与Fe₂O₃间的铝热反应来进行焊接钢轨．
①已知0.1molAl与足量的Fe₂O₃粉末完全反应（产物都为固态），放出41.42kJ的能量，请写出该反应的热化学方程式2Al（s）+Fe₂O₃（s）=Al₂O₃（s）+2Fe（s）△H=-828.4kJ•mol^-1．
②除了Fe₂O₃，铝粉还可以与很多金属氧化物组成铝热剂．下列氧化物中不能与铝粉组成铝热剂的是a
a．MgO           b．V₂O₅        c．Fe₃O₄        d．MnO₂．

Answer 1

分析 铝土矿主要成分是Al₂O₃，含SiO₂、Fe₂O₃等杂质，向铝土矿中加入分离HCl，发生反应Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，SiO₂和稀盐酸不反应，滤液中含有HCl、AlCl₃、FeCl₃，向滤液中加入过量NaOH溶液，发生反应HCl+NaOH=NaCl+H₂O、AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O、FeCl₃+3NaOH=Fe（OH）₃↓+3NaCl，所以沉淀是Fe（OH）₃，滤液中含有NaCl、NaAlO₂，向滤液中通入过量二氧化碳，发生反应AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，得到沉淀Al（OH）₃；
向铝土矿中加入过量NaOH溶液，二氧化硅和氧化铝都与NaOH溶液反应，反应方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，所以滤液中成分是NaAlO₂、Na₂SiO₃，Fe₂O₃NaOH溶液不反应，向滤液中通入过量盐酸，生成氯化铝和硅酸，过滤得到氯化铝溶液，再滤液中加入氨水，可得到沉淀Al（OH）₃，以此解答该题．

解答 解：铝土矿主要成分是Al₂O₃，含SiO₂、Fe₂O₃等杂质，向铝土矿中加入分离HCl，发生反应Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，SiO₂和稀盐酸不反应，滤液中含有HCl、AlCl₃、FeCl₃，向滤液中加入过量NaOH溶液，发生反应HCl+NaOH=NaCl+H₂O、AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O、FeCl₃+3NaOH=Fe（OH）₃↓+3NaCl，所以沉淀是Fe（OH）₃，滤液中含有NaCl、NaAlO₂，向滤液中通入过量二氧化碳，发生反应AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，得到沉淀Al（OH）₃；
向铝土矿中加入过量NaOH溶液，二氧化硅和氧化铝都与NaOH溶液反应，反应方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，所以滤液中成分是NaAlO₂、Na₂SiO₃，Fe₂O₃NaOH溶液不反应，向滤液中通入过量盐酸，生成氯化铝和硅酸，过滤得到氯化铝溶液，再滤液中加入氨水，可得到沉淀Al（OH）₃，
（1）由以上分析可知方案2中，向铝土矿中加入过量氢氧化钠溶液，发生反应的离子方程式SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O、Al₂O₃+2OH^-+3H₂O=2[Al（OH）₄]^-，
故答案为：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O； Al₂O₃+2OH^-+3H₂O=2[Al（OH）₄]^-；
（2）由以上分析可知试剂A为CO₂，试剂B为NH₃•H₂O或NH₃，过滤③分离的是偏铝酸钠与过量二氧化碳反应的产物，所得固体为Al（OH）₃，所得滤液中溶质的主要成分是NaHCO₃，
故答案为：CO₂； NH₃•H₂O或NH₃；NaHCO₃；
（3）①已知0.1molAl与足量的Fe₂O₃粉末完全反应（产物都为固态），放出41.42kJ的能量，则2molAl参加反应放出828.4kJ热量，该反应的热化学方程式为2Al（s）+Fe₂O₃（s）=Al₂O₃（s）+2Fe（s）△H=-828.4 kJ•mol^-1，
故答案为：2Al（s）+Fe₂O₃（s）=Al₂O₃（s）+2Fe（s）△H=-828.4 kJ•mol^-1；
  ②铝热反应是利用了铝的还原性，铝置换出活泼性较铝弱的金属，铝不能置换出镁，故答案为：a．

点评 本题考查混合物的分离和提纯，为高考常见题型，侧重考查学生分析问题能力、实验操作能力，能从整体上把握元素化合物知识，知道流程图中各个过程发生的反应，会正确书写相应的化学方程式及离子方程式，题目难度中等．