Question

13．工业上用铝土矿（主要成分为A1₂O₃，还含有Fe₂O₃、SiO₂）提取氧化铝，冶炼铝的原料，提取的操作过程如图：

请回答下列问题：
（1）写出步骤①中发生反应的离子方程式Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；滤渣①的成分为SiO₂．
（2）写出步骤②中生成含铝化合物的化学方程式AlCl₃+4NaOH=3NaCl+Na[Al（OH）]₄或AlC1₃+4NaOH=3NaCl+NaAlO₂+2H₂O；能否将此步骤中的NaOH 溶液更换为氨水？不能（填“能”或“不能”）．若不能，请说明理由：若用氨水，Fe³⁺与Al³⁺均沉淀，无法将二者分离（若能，则此空不答）．
（3）步骤③中的X 为CO₂（填化学式），发生反应的离子方程式为CO₂+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（4）若铝土矿的质量为mkg，最后得到A1₂O₃的质量为nkg（忽略提取过程中铝元素的损失），则铝土矿中铝元素的质量分数为$\frac{27n}{51m}×100%$（用含m、n 的代数式表示）．

Answer 1

分析 步骤①Al₂O₃、Fe₂O₃与稀盐酸反应生成盐和水，反应方程式为Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，SiO₂和稀盐酸不反应，然后采用过滤方法得到滤渣1为SiO₂、滤液1中溶质有AlCl₃、FeCl₃，向滤液1中加入过量NaOH溶液，发生的反应为Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O、Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，过滤得到的滤渣2为Fe（OH）₃，滤液2中含有NaAlO₂、NaOH，向滤液乙中通入过量二氧化碳，发生的离子反应方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，过滤后得到滤渣氢氧化铝，滤液3为碳酸氢钠，加热氢氧化铝得到氧化铝固体，反应方程式为2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，据此分析解答．

解答 解：（1）步骤①为Al₂O₃、Fe₂O₃与稀盐酸反应生成盐和水，反应方程式为Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，SiO₂和稀盐酸不反应，然后采用过滤方法得到滤渣1为SiO₂；
故答案为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；SiO₂；
（2）步骤②为向滤液1（滤液1中溶质有AlCl₃、FeCl₃）中加入过量NaOH溶液，其中氯化铝生成偏铝酸钠，反应物额：AlCl₃+4NaOH=3NaCl+Na[Al（OH）]₄或AlC1₃+4NaOH=3NaCl+NaAlO₂+2H₂O；铝离子与氨水反应生成氢氧化铝沉淀，铁离子也沉淀，无法将铁离子、铝离子分离，故不能用氨水替代氢氧化钠；
故答案为：AlCl₃+4NaOH=3NaCl+Na[Al（OH）]₄或AlC1₃+4NaOH=3NaCl+NaAlO₂+2H₂O；不能；若用氨水，Fe³⁺与Al³⁺均沉淀，无法将二者分离；
（3）步骤③为向偏铝酸钠中加入过量的X最终得到氢氧化铝沉淀，应为二氧化碳，反应为：CO₂+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案为：CO₂；CO₂+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）得到A1₂O₃的质量为nkg，则其中铝元素的质量为$\frac{27}{51}×n$ kg，根据铝元素质量守恒，则原铝土矿中的铝元素质量也为$\frac{27}{51}×n$ kg，故铝土矿中铝元素的质量分数为：$\frac{27n}{51m}×100%$；
故答案为：$\frac{27n}{51m}×100%$．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及物质之间反应、基本实验操作，明确物质性质差异性及物质分离提纯方法是解本题关键，知道每个步骤发生的反应及操作方法，题目难度不大．