Question

1．铝是一种重要的金属，在生产、生活中具有许多重要的用途，如下框图是从铝土矿中制备铝的工艺流程：

已知：①铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质；②溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠反应，能生成硅铝酸盐沉淀，化学方程式为：2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+4H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+2H₂O+4NaOH
回答下列问题：
（1）溶解铝土矿时，发生反应的离子方程式为2OH^-+Al₂O₃═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O．
（2）滤渣A的主要成分是Fe₂O₃、Na₂Al₂SiO₈；硅铝酸盐沉淀写成氧化物的形式是Na₂O•Al₂O₃．•2SiO₂．
（3）在工艺流程第三步中，选用二氧化碳作酸化剂而不使用盐酸的原因是盐酸是强酸，Al（OH）₃溶于强酸而不溶于弱酸，通入二氧化碳是为了提高Al₂O₃的提取率．
（4）若该工厂用mkg铝土矿共制得nkg Al（假设每步反应进行完全），则铝土矿中Al₂O₃的质量分数为5100n/27m%或 1700n/9m%．
（5）若将铝溶解，下列试剂中最好选用B（填编号）．
A．浓硫酸B． 稀硫酸C．稀HNO₃   D．浓HNO₃
（6）电解冶炼铝时用Na₃AlF₆作助熔剂，Na₃AlF₆是配合物，其中内界是[AlF₆]^3-，配位数为6．

Answer 1

分析 （1）Al₂O₃是两性氢氧化物，SiO₂是酸性氧化物，都要与强碱反应生成盐和水．
（2）Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃用碱溶的方法分开．首先除掉不反应的Fe₂O₃，根据题中已知条件②除掉Na₂SiO₃．从而生成Na₂Al₂Si₂O₈，所以滤渣有两种．氧化物的形式是：金属氧化物•非金属氧化物•水，注意活泼金属氧化物写在前，注意原子个数的比例与原化学式中相同．
（3）通入二氧化碳酸化将NaAlO₂转化成Al（OH）₃，考查了氢氧化铝溶于强酸不溶于弱酸的知识．
（4）计算质量分数时用原子守恒法解，这是关系式：2Al～Al₂O₃，已知铝的质量，可算出铝的物质的量n（Al），再利用关系式算三氧化二铝的物质的量，n（Al₂O₃）=$\frac{1}{2}$n（Al），
Al₂O₃的质量为m=n（Al₂O₃）•M（Al₂O₃），所以Al₂O₃的质量分数为Al₂O₃的质量除以铝土矿的总质量．
（5）铁、铝遇浓硫酸、浓硝酸会钝化，稀硝酸与铝反应产生有毒气体．
（6）在配合物中，内界是配位单元，含配位键，内界是复杂离子，外界是简单离子；配位原子是提供孤对电子的原子，配位数是配位原子的数目．

解答 解：（1）Al₂O₃是两性氢氧化物，SiO₂是酸性氧化物，都要与强碱反应生成盐和水．
故答案为：2OH^-+Al₂O₃═2AlO₂^-+H₂O；SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O
（2）由于氢氧化钠是足量的，所以Al₂O₃和SiO₂充分反应，生成Na₂SiO₃和NaAlO₂，
而铝土矿的主要成分是Al₂O₃，SiO₂少量，那么生成的Na₂SiO₃少，NaAlO₂多，
发生反应2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+4H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+2H₂O+4NaOH后，
滤渣有之前不反应的Fe₂O₃和生成的Na₂Al₂Si₂O₈，滤液中有NaOH、余下大量的NaAlO₂；
氧化物的形式是：金属氧化物•非金属氧化物•水，注意活泼金属氧化物写在前，注意原子个数的比例与原化学式中相同，
写成Na₂O•Al₂O₃．•2SiO₂．
故答案为 Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈  Na₂O•Al₂O₃．•2SiO₂  
（3）从第2小题的分析可知滤液中的NaAlO₂要转化成Al（OH）₃不能用盐酸，盐酸是强酸，
强酸过量后Al（OH）₃会溶解．
故答案为：盐酸是强酸，Al（OH）₃溶于强酸而不溶于弱酸，通入二氧化碳是为了提高Al₂O₃的提取率．
（4）已知铝nkg，可算出铝的物质的量，n（Al）=$\frac{1000n}{27}$ mol，根据原子守恒：2Al～Al₂O₃，三氧化二铝的物质的量n（Al₂O₃）=$\frac{1}{2}$n（Al），
n（Al₂O₃）=$\frac{1000n}{27×2}$，所以Al₂O₃的质量为
m=n（Al₂O₃）•M（Al₂O₃）=$\frac{1000n}{27×2}$ mol×102 g•mol^-1 =$\frac{51000n}{27}$ g，所以Al₂O₃的质量分数为Al₂O₃的质量除以铝土矿的总质量，即$\frac{51000n}{27}$÷1000m=$\frac{51n}{27m}$；质量分数一般要乘以100%．
故答案为：$\frac{5100n}{27m}$% 或$\frac{1700n}{9m}$%． 
（5）铁、铝遇浓硫酸、浓硝酸会钝化，稀硝酸与铝反应产生有毒气体，且等量的铝溶解消耗稀硝酸更多，消耗稀硫酸更少，从环保、节约的角度考虑，应用稀硫酸溶解铝．
故选B．
（6）在配合物中，内界是配位单元，含配位键，内界是复杂离子，外界是简单离子；配位原子是提供孤对电子的原子，配位数是配位原子的数目，这里的配位原子是氟原子，有6个．
 故答案为：[AlF₆]^3-；6．

点评 除掉Fe₂O₃不难分析，关键是SiO₂转化成Na₂SiO₃后，怎样除掉Na₂SiO₃？学生不能用题中信息解决这个问题．计算质量分数时利用原子守恒这是解题常用的方法，在处理数据以及单位时要特别小心．浓硫酸与浓硝酸的强氧化性的考查，同时要求学生要有化学与环境保护的思想．配位化合物的考查一般都很简单．