Question

4．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等杂质）回答下列问题：
（1）写出铝元素在周期表中的位置第三周期ⅢA族，已知Fe的原子序数为26，原子最外层只有2个电子，则Fe的原子结构示意图为．
（2）在流程第三步“酸化”中，加入的最佳物质B是CO₂或二氧化碳，反应的离子方程式为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）工业上不用电解熔融AlCl₃制取金属铝的原因是AlCl₃是共价化合物，熔融状态下不导电．
（4）SiO₂可用于工业制粗硅，反应的化学方程式为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（5）现有a g铝热剂，含Al和Fe₂O₃，且高温条件下两者可恰好完全反应．如果将其投入足量的NaOH溶液中充分反应，在标准状况下可搜集到的气体的体积为$\frac{67.2a}{214}$L．（用含a的式子表示）

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，加入足量的氢氧化钠，氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水，只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，过滤后得滤渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；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．

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，加入足量的氢氧化钠，氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水，只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，过滤后得滤渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；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．
（1）Al的原子序数为13，原子核外有3个电子层，最外层电子数为3，位于周期表第三周期ⅢA 族，已知Fe的原子序数为26，原子最外层只有2个电子，则Fe的原子结构示意图为，
故答案为：第三周期ⅢA 族；；
（2）在流程第三步“酸化”的目的是生成氢氧化铝沉淀，应通入二氧化碳，反应的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：CO₂或二氧化碳；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）因AlCl₃是共价化合物，熔融状态下不导电，工业用电解熔融的氧化铝制备铝，故答案为：AlCl₃是共价化合物，熔融状态下不导电；
（4）SiO₂可用于工业制粗硅，反应的化学方程式为SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，故答案为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；
 （5）反应方程式为2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe，a g铝热剂中含有xmolAl，则27x+0.5x×160=a，x=$\frac{a}{107}$mol，与氢氧化钠反应发生2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，可知生成n（H₂）=$\frac{3a}{214}$mol，体积为$\frac{67.2a}{214}$L，
故答案为：$\frac{67.2a}{214}$L．

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．