Question

19．金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业、生产、生活中具有非常重要的作用．图是从铝土矿中制备铝的工艺流程：

已知：铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe2O₃、MgO杂质；回答下列问题：
I、（1）铝土矿加入盐酸过滤后所得滤渣A的主要成分为SiO₂．
（2）在工艺流程中，加入足量氢氧化钠溶液发生的离子反应共有5个，其中发生沉淀
溶解的离子反应方程式为OH^-+Al（OH）₃=AlO₂^-+2H₂O．
（3）邋入过量的二氧化碳时，生成沉淀的离子方程式为AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（4）电解氧化铝，每生成1molA1时，生成24g氧气．
Ⅱ、测铝土矿组分的质量分数．
（1）若铝土矿样品质量为m，对滤渣A洗涤、干燥后称重为m₁；对滤渣B洗涤、干燥、灼烧后称重为m₂，该方案能测得质量分数的成份且相应的质量分数是SiO₂：$\frac{{m}_{1}}{m}$×100%、Al₂O₃：$\frac{m{-m}_{1}-{m}_{2}}{m}$×100%；
（2）洗涤滤渣A后的洗涤液是否需加入到第一次过滤后的滤液中是（“是”或“否”）；检
测滤渣A是否洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液与少许试管中，滴入几滴KSCN溶液，溶液不变红，说明洗涤干净．

Answer 1

分析 铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质，加入足量的盐酸，能溶解除SiO₂外的其余氧化物，则过滤后滤渣为不溶于稀盐酸的SiO₂，滤液中加入足量的NaOH溶液，除中和过量的盐酸外，还将溶液中的Al³⁺先沉淀后溶解最终生成NaAlO₂，同时沉淀溶液中的Fe³⁺、Mg²⁺为Fe（OH）₃、Mg（OH）₂，则过滤所得滤渣B为沉淀Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；滤液用二氧化碳酸化时，将NaAlO₂完全转化为Al（OH）₃，反应的离子方程式为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；过滤得氢氧化铝沉淀，灼烧得氧化铝，电解氧化铝得单质铝，以此解答该题；
I、（1）根据土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质，加入盐酸后过滤所得滤渣应为不溶于稀盐酸的氧化物；
（2）加入盐酸过滤后所得溶液中存在H⁺、Al³⁺、Mg²⁺、Fe³⁺，加入的NaOH均能与之发生离子反应，且过量的NaOH还能溶解Al（OH）₃，据此判断发生的离子反应，同时写出溶解沉淀的离子方程式；
（3）滤液用二氧化碳酸化时，将NaAlO₂完全转化为Al（OH）₃，根据电荷守恒和原子守恒，写出此反应的离子方程式；
（4）电解氧化铝时发生氧化还原反应，遵守电子守恒，其中Al从+3价还原为0价，生成1mol氧气转化4mol电子，据此分析生成氧气的质量；
Ⅱ、（1）该方案能测得质量分数的成分为二氧化硅、氧化铝，结合质量关系计算得到；
（2）洗涤固体A的洗涤液中含有其他杂质离子，检验固体A洗涤是否干净，设计实验检验是否含有铁离子检验．

解答 解：铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质，加入足量的盐酸，能溶解除SiO₂外的其余氧化物，则过滤后滤渣为不溶于稀盐酸的SiO₂，滤液中加入足量的NaOH溶液，除中和过量的盐酸外，还将溶液中的Al³⁺先沉淀后溶解最终生成NaAlO₂，同时沉淀溶液中的Fe³⁺、Mg²⁺为Fe（OH）₃、Mg（OH）₂，则过滤所得滤渣B为沉淀Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；滤液用二氧化碳酸化时，将NaAlO₂完全转化为Al（OH）₃，反应的离子方程式为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；过滤得氢氧化铝沉淀，灼烧得氧化铝，电解氧化铝得单质铝；
I、（1）铝土矿中加入足量的盐酸，能溶解除SiO₂外的其余氧化物Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃等，则过滤后滤渣为不溶于稀盐酸的SiO₂，故答案为：SiO₂；
（2）滤液中加入足量的NaOH溶液，除中和过量的盐酸外，还将溶液中的Al³⁺先沉淀后溶解最终生成NaAlO₂，同时沉淀溶液中的Fe³⁺、Mg²⁺为Fe（OH）₃、Mg（OH）₂，共发生了5个离子反应，其中溶解发生的离子反应为：OH^-+Al（OH）₃=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：5；OH^-+Al（OH）₃=AlO₂^-+2H₂O；
（3）向含有NaAlO₂通入CO₂气体生成Al（OH）₃，反应的离子方程式为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓，
故答案为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（4）电解氧化铝，每生成1molA1时转移电子的物质的量为3mol，根据电子守恒同时生成氧气的物质的量为$\frac{3mol}{4}$=0.75mol，则氧气的质量为0.75mol×32g/mol=24g，故答案为：24；
Ⅱ、（1）该方案能测得质量分数的成分为二氧化硅、氧化铝，结合质量关系计算得到，流程中m₁为二氧化硅的质量，质量分数=$\frac{{m}_{1}}{m}$×100%，得到固体质量m₂g为Fe₂O₃、MgO的质量，所以氧化铝的质量=m=m₁-m₂，氧化铝质量分数=$\frac{m{-m}_{1}-{m}_{2}}{m}$×100%，
故答案为：SiO₂：$\frac{{m}_{1}}{m}$×100%、Al₂O₃：$\frac{m{-m}_{1}-{m}_{2}}{m}$×100%；
（2）洗涤固体A的洗涤液中含有其他杂质离子Al³⁺、Fe³⁺、Mg²⁺，洗涤固体A后的洗涤液是需加入到滤液A中，减少损失，检验固体A洗涤是否干净，设计实验检验是否含有铁离子检验，取最后一次洗涤液与少许试管中，滴入几滴KSCN溶液，溶液不变红，说明洗涤干净；
故答案为：是；取最后一次洗涤液与少许试管中，滴入几滴KSCN溶液，溶液不变红，说明洗涤干净．

点评 本题考查Al及其化合物的化学性质、物质分离提纯方法和基本操作的综合应用，注意把握流程中发生的化学反应为解答的关键，注重信息与所学知识的结合分析解决问题，侧重知识迁移应用能力的考查，题目难度中等．