Question

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

 

、

 

；
（2）步骤②中的试剂a是

 

；
（3）试写出步骤③中发生反应的离子方式

 

；
（4）在实验室模拟上述实验过程中，需要用到一定浓度的盐酸溶液．在配制250mL该盐酸溶液时，某同学转移溶液的操作如图1所示，图中的主要错误是：①

 

；②

 

．
（5）准确称取6g铝土矿样品，加入100mL盐酸溶液，充分反应后向滤液中加入10mol?L^-1试剂a的溶液，产生沉淀的质量与加入试剂a的体积关系如图2所示，则所用盐酸溶液的物质的量浓度为

 

，样品中Al₂O₃的百分含量为

 

．

Answer 1

考点：镁、铝的重要化合物,物质的分离、提纯和除杂

专题：实验题,几种重要的金属及其化合物

分析：（1）氧化铝是两性氧化物，既溶液强酸又溶于强碱．Fe₂O₃只溶于强酸，不溶于碱，SiO₂只溶于强碱，不溶于酸；①为盐酸时，则在①得到滤液中含有铝离子、铁离子，滤渣为二氧化硅；②为氢氧化钠溶液，将铁离子变成氢氧化铁沉淀除去铁离子，将铝离子转化为偏铝酸根，进入乙；
（2）滤液②含有AlO₂^-，步骤②应加入氢氧化钠，除去铁离子，将铝离子转化为AlO₂^-；
（3）滤液乙含有OH^-、AlO₂^-，步骤③通入二氧化碳，与OH^-反应生成碳酸氢根离子，与AlO₂^-反应生成的沉淀为氢氧化铝；
（4）根据容量瓶的使用方法以及移液操作知识来回答；
（5）由图象可知，当加入NaOH溶液的体积为35ml时，沉淀的质量达到最大值，则此时溶液的溶质只有NaCl，根据Na元素守恒计算；根据溶解氢氧化铝消耗10ml NaOH溶液，就能知Al（OH）₃的物质的量，从而就能求出氧化铝的质量以及在混合物中的质量分数；

解答： 解：①为盐酸，则在①得到滤液中含有铝离子、铁离子，滤渣为二氧化硅；②为氢氧化钠溶液，除去铁离子，将铝离子转化为偏铝酸根，进入②得到滤液乙，试剂③为二氧化碳，将偏铝酸根转化为氢氧化铝沉淀，加热分解得氧化铝，
（1）由上述分析可知，步骤①加入盐酸，Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，除去SiO₂，沉淀A为二氧化硅，滤液①中含有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺等，应加入氢氧化钠，除去铁离子，Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，故B为Fe（OH）₃，
故答案为：SiO₂；Fe（OH）₃；    
（2）步骤①加入过量盐酸，滤液①中含有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺等，应加入氢氧化钠，除去铁离子，将铝离子转化为AlO₂^-，反应为 H⁺+OH^-=H₂O，Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：NaOH溶液；
（3）步骤③中与OH^-反应生成碳酸氢根离子：CO₂+OH^-=HCO₃^-，四羟基合铝酸钠溶液与二氧化碳反应，生成氢氧化铝和碳酸氢钠，反应方程式为Na〔Al（OH）₄〕+CO₂═Al（OH）₃↓+NaHCO₃，离子反应为：CO₂+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：CO₂+OH^-=HCO₃^-；CO₂+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）向容量瓶中转移液体时，要用玻璃棒来引流，配制一定体积的溶液要选择一定体积的容量瓶，
故答案为：①未用玻璃棒引流；②未采用250mL容量瓶； 
（5）当加入NaOH溶液的体积为35ml时，n（NaOH）=0.035L×10mol/L=0.35mol，此时沉淀的质量达到最大值，则此时溶液的溶质只有NaCl，根据Na元素守恒，则有：n（HCl）=n（NaCl）=n（NaOH）=0.35mol，
c（HCl）=

0.35mol

0.1L

=3.5mol/L，由图象可知，生成的氢氧化铝溶解消耗的NaOH为10ml，设Al（OH）₃为 Xmol，
     Al（OH）₃ ～NaOH                                                          
    1 mol       1 mol                       
  x mol        10mol?L^-1×0.01L                       
    解得x═0.1 mol          
  而 2Al（OH）₃ ～Al₂O₃  由此可知，n（Al₂O₃）═0.05 mol  
铝土矿中 Al₂O₃ 的质量分数ω%═

0.05mol×102g/mol

6g

×100%═85% 
故答案为：3.50 mol?L^-1；85%；

点评：本题以框图题形式考查铝的化合物的性质，涉及计算、离子共存、溶液配制等知识，清楚工艺流程原理是解答的关键，综合性较强，难度较大．