Question

10．铝土矿（主要成分为Al₂O₃，还含有SiO₂、Fe₂O₃）是工业上制备氧化铝的主要原料．工业上提取氧化铝的工艺流程如下：

（1）沉淀A、B的成分分别是SiO₂ 、Fe（OH）₃；步骤①中的试剂a是盐酸；
（2）步骤①②中加入试剂后进行的操作Ⅰ、Ⅱ的名称是过滤；
（3）步骤②中加入过量NaOH溶液发生反应的离子方程式是H⁺+OH^-=H₂O、Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=[Al（OH）₄]^-；
（4）步骤③中通入过量CO₂气体而不加入过量盐酸的理由是过量盐酸能使生成的Al（OH）₃溶解；
（5）准确称取8g铝土矿样品，加入一定量试剂a的溶液，使其中的Al₂O₃、Fe₂O₃恰好溶解；然后，向滤液中加入10mol•L^-1的NaOH溶液，产生沉淀的质量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示，则样品中Al₂O₃的百分含量为63.75%．

Answer 1

分析 铝土矿中加入过量试剂a，然后操作I得到沉淀A和滤液甲，则操作I为过滤，滤液甲中加入过量NaOH溶液操作II后得到沉淀B和滤液乙，操作II是过滤；Al₂O₃、SiO₂能溶于强碱溶液而Fe₂O₃不溶于强碱溶液，SiO₂不溶于稀盐酸而Fe₂O₃、Al₂O₃能溶于稀盐酸，根据图知，滤液甲中含有铝元素，则试剂a为稀盐酸，沉淀A为SiO₂，滤液甲中溶质为氯化铝和氯化铁、HCl，沉淀B为Fe（OH）₃，滤液乙中含有NaAlO₂和NaOH、NaCl，向滤液乙中通入过滤二氧化碳得到滤液碳酸氢钠溶液，沉淀C为Al（OH）₃，加热氢氧化铝得到氧化铝，
结合题目分析解答．

解答 解：铝土矿中加入过量试剂a，然后操作I得到沉淀A和滤液甲，则操作I为过滤，滤液甲中加入过量NaOH溶液操作II后得到沉淀B和滤液乙，操作II是过滤；Al₂O₃、SiO₂能溶于强碱溶液而Fe₂O₃不溶于强碱溶液，SiO₂不溶于稀盐酸而Fe₂O₃、Al₂O₃能溶于稀盐酸，根据图知，滤液甲中含有铝元素，则试剂a为稀盐酸，沉淀A为SiO₂，滤液甲中溶质为氯化铝和氯化铁、HCl，沉淀B为Fe（OH）₃，滤液乙中含有NaAlO₂和NaOH、NaCl，向滤液乙中通入过滤二氧化碳得到滤液碳酸氢钠溶液，沉淀C为Al（OH）₃，加热氢氧化铝得到氧化铝，
（1）通过以上分析知，A、B、a分别是SiO₂、Fe（OH）₃、盐酸，故答案为：SiO₂ ；Fe（OH）₃；盐酸；
 （2）通过以上分析知，操作I、II都是过滤，故答案为：过滤；
（3）步骤②中加入过量NaOH溶液后，稀盐酸、铁离子、铝离子都和NaOH溶液反应，发生反应的离子方程式是H⁺+OH^-=H₂O、Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=[Al（OH）₄]^-，
故答案为：H⁺+OH^-=H₂O、Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=[Al（OH）₄]^-；
（4）步骤③中通入过量CO₂气体而不加入过量盐酸的理由是过量的稀盐酸能溶解生成的氢氧化铝而得不到氢氧化铝，故答案为：过量盐酸能使生成的Al（OH）₃溶解；
（5）根据图知，35-45mLNaOH溶液是溶解Al（OH）₃，溶解Al（OH）₃所需NaOH体积是生成Al（OH）₃所需NaOH溶液体积的$\frac{1}{3}$，所以生成Al（OH）₃所需NaOH溶液体积为30mL，35mLNaOH溶液时铝离子、铁离子完全沉淀，则生成氢氧化铁沉淀所需NaOH溶液体积为5mL，
根据关系式Al₂O₃～～～2Al（OH）₃～～～6NaOH知，n（Al₂O₃）=$\frac{10mol/L×0.03L}{6}$=0.05mol，m（Al₂O₃）=0.05mol×102g/mol=5.1g，氧化铝质量分数=$\frac{5.1g}{8g}$×100%=63.75%，
故答案为：63.75%．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，侧重考查学生分析判断及计算能力，明确流程图中发生的反应及各物质成分及其性质是解本题关键，知道（5）题关系式的正确运用，注意（5）题图中35mLNaOH溶液处生成的沉淀包含氢氧化铝和氢氧化铁，为易错点．