Question

(12分) 铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al2(SO4)3和铵明矾晶体[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如图所示：

请回答下列问题：

（1）固体a的化学式为________，Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为_________________。

（2）由Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为 。

从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为(填操作名称) 、冷却结晶、过滤洗涤。

（3）以1 000 kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al2(SO4)3，需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84 g·cm－1) L(计算结果请保留一位小数)。

（4）若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1，则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为 。

 

Answer 1

（1） SiO2 AlO2―＋CO2＋2H2O ===HCO＋Al(OH)3↓；

（2） Al2O3＋4H2SO4＋2NH3==2NH4Al(SO4)2＋3H2O；蒸发浓缩；（3）575.4 ；（4）3∶10。

【解析】

试题分析：（1）向铝土矿(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3)中加入过量的盐酸，Al2O3、Fe2O3发生反应产生FeCl3、AlCl3,而SiO2不能发生反应，所以固体a的化学式为SiO2；向含有FeCl3、AlCl3的溶液中加入过量的NaOH溶液，发生反应：Fe3＋＋3OH-＝Fe(OH)3↓；Al3＋＋4OH-＝AlO2-+ 2H2O；产生的红褐色沉淀是Fe(OH)3；在滤液中含有AlO2-；再向滤液中通入过量的CO2，得到Al(OH)3白色沉淀，在滤液中含有HCO，反应的两种方程式是：AlO2―＋CO2＋2H2O ===HCO＋Al(OH)3↓；（2）将Al(OH)3加热分解产生水和V：Al2O3，用硫酸溶解Al2O3得到硫酸铝溶液，向该溶液中通入氨气得到铵明矾溶液，将溶液蒸发、浓缩、冷却、结晶，最后过滤洗涤，就得到铵明矾晶体。由硫酸铝Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为Al2O3＋4H2SO4＋2NH3==2NH4Al(SO4)2＋3H2O；从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为蒸发、浓缩，、冷却结晶、过滤洗涤；(3)98%的硫酸(密度1.84 g·cm－1)物质的量浓度是：c=；n(Al2O3)= (1.0 ×106 g×36%)÷102g/mol=3. 54×103mol,根据反应方程式：Al2O3+ 3H2SO4= Al2(SO4) 3＋3H2O；可知n(H2SO4)= 3×3. 54×103mol=1.06×104mol.所以需要硫酸的体积是V(H2SO4)=n÷c=1.062×104mol÷18.4mol/L=575.4L ；若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1，设制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)2·12H2O的物质的量都是1 mol，则n(Al3＋)=3 mol，n(SO42－)=5 mol，根据铝原子和SO42－守恒原理可得，加入Al2O3和H2SO4的物质的量之比为3/2∶5＝3∶10。

考点：考查物质制取的工艺流程的知识。主要包括混合物的分离、化学方程式和离子方程式的书写、物质的量的计算及原料物质混合比例的计算的知识。