题目内容
铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al2(SO4)3和铵明矾晶体[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如图所示：
请回答下列问题：
(1)固体a的化学式为________，Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(2)由Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为________，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为(填操作名称)________、冷却结晶、过滤洗涤。
(3)以1 000 kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al2(SO4)3，需消耗质量分数为98%的硫酸(密度1.84 g·cm－3)________ L(保留一位小数)。
(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1，则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为________。
解析 (1)铝土矿中AlO3和Fe2O3能溶于盐酸，SiO2不溶于盐酸，所以固体a的化学式为SiO2。Al2O3溶于烧碱生成Na[Al(OH)4]溶液，在其中通入CO2生成Al(OH)3沉淀。
(2)Al(OH)3分解生成Al2O3，Al2O3与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾溶液。
(3)m(Al2O3)＝1 000 kg×36%＝360 kg，m(H2SO4)＝
kg＝1 037.6 kg，需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84 g·cm－3)为
＝575.4×103 mL＝575.4 L。
(4)设制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)2·12H2O的物质的量都是1 mol，则Al3＋共3 mol，SO
共5 mol，根据铝元素和SO守恒原理可得，加入Al2O3和H2SO4的物质的量之比为
∶5＝3∶10。
答案 (1)SiO2 [Al(OH)4]－＋CO2===HCO
＋Al(OH)3↓
(2)Al2O3＋4H2SO4＋2NH3===2NH4Al(SO4)2＋3H2O 蒸发浓缩 (3)575.4 (4)3∶10
方法技巧 首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序)试题，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。关键在于认真对比分析原料与产品的组成，从中找出将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的系列问题也就可以解答了。
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合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为：N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)，一种工业合成氨，进而合成尿素的的简易流程图如下：
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(1)步骤II中制氢气原理如下：
CH4(g)＋H2O(g)
CO(g)＋3H2(g) CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
恒容容器中，对于以上反应，能加快反应速率的是 。
a. 升高温度 b. 充入He c. 加入催化剂 d. 降低压强
(2)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS，一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式为
。
(3)CO2和H2在高温、高压、催化剂条件下可合成CH3CH2OH，反应的化学方程式
_________________________________。以CH3CH2OH、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成然料电池，该电池中负极上的电极反应式是：_________________________。
(4)已知尿素的结构简式为H2N－
－NH2，请写出尿素的同分异构体中含有离子键的化学式 。
(5)已知CO2＋ 2NH3 
CO(NH2)2 ＋ H2O，若合成尿素的流程中转化率为80%时，100吨甲烷为原料能够合成 吨尿素。
