Question

4．从铝土矿（主要成分是Al₂O₃，含SiO₂、Fe₂O₃、MgO等杂质，其中MgO难溶于水．）提取氧化铝的两种工艺流程如下：

请回答下列问题：
（1）指出流程乙的一个缺点是氧化铝中含有二氧化硅杂质
（2）写出下列物质的化学式：ASiO₂ FAl（OH）₃ KNaHCO₃
（3）滤液D中通入过量CO₂生成沉淀F的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-
（4）根据资料记载：氧化铝与焦炭的混合物在氮气中高温加热反应，制得新型非金属材料AlN与一种中学常见气体X．已知每转移6.02×10²³个电子，有0.5mol化合物X生成，此反应的化学方程式Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO．

Answer 1

分析 由工艺流程甲可知，铝土矿与盐酸反应得固体A为滤液B，则固体A为SiO₂，滤液B含有氯化铝、氯化铁、氯化镁等，滤液中加入过量的NaOH，可推知沉淀C为氢氧化铁、氢氧化镁，滤液D含有偏铝酸钠、氯化钠、NaOH，所以向滤液D中通入过量二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，沉淀F为Al（OH）₃，滤液E中含有NaCl、NaHCO₃；
根据工艺流程乙可知，铝土矿中的Al₂O₃、SiO₂能和氢氧化钠反应，可知固体X为Fe₂O₃、MgO等，滤液Y为硅酸钠、偏铝酸钠，滤液中通入过量二氧化碳，沉淀Z为Al（OH）₃、硅酸，滤液K中含有NaHCO₃，以此来解答，
（1）根据上面的分析可知，流程乙得到Z为Al（OH）₃、硅酸，加热分解得到的氧化铝中含有二氧化硅杂质；
（2）上述分析可知A为SiO₂，F为Al（OH）₃，K中含有NaHCO₃；
（3）向滤液D中通入过量二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠；
（4）氧化铝与焦炭的混合物在氮气中高温加热反应，制得新型非金属材料AlN与一种中学常见气体X，根据元素守恒可知X中应含有氧元素和碳元素，结合电子守恒计算判断X成分；

解答 解：由工艺流程甲可知，铝土矿与盐酸反应得固体A为滤液B，则固体A为SiO₂，滤液B含有氯化铝、氯化铁、氯化镁等，滤液中加入过量的NaOH，可推知沉淀C为氢氧化铁、氢氧化镁，滤液D含有偏铝酸钠、氯化钠NaOH，所以向滤液D中通入过量二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，沉淀F为Al（OH）₃，滤液E中含有NaCl、NaHCO₃；
根据工艺流程乙可知，铝土矿中的Al₂O₃、SiO₂能和氢氧化钠反应，可知固体X为Fe₂O₃、MgO等，滤液Y为硅酸钠、偏铝酸钠，滤液中通入过量二氧化碳，沉淀Z为Al（OH）₃、硅酸，滤液K中含有NaHCO₃，
（1）根据上面的分析可知，流程乙得到Z为Al（OH）₃、硅酸，加热分解得到的氧化铝中含有二氧化硅杂质，
故答案为：氧化铝中含有二氧化硅杂质；
（2）上述分析可知A为SiO₂，F为Al（OH）₃，K中含有NaHCO₃，
故答案为：SiO₂； A l（OH）₃； NaHCO₃；
（3）向滤液D中通入过量二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，沉淀F为Al（OH）₃，发生反应的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）氧化铝与焦炭的混合物在氮气中高温加热反应，制得新型非金属材料AlN与一种中学常见气体X，根据元素守恒可知X中应含有氧元素和碳元素，已知每转移6.02×10²³个电子即1mol电子，有0.5mol化合物X生成，由电子转移守恒，可得在X中C的化合价为$\frac{1mol}{0.5mol}$=2，所以X是CO，所以该反应的化学方程式为Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO，
故答案为：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO．

点评 本题以氧化铝提取工艺流程为载体考查混合物分离实验方案的设计，为高频考点，涉及无机物推断、元素化合物性质及相互转化、除杂的方法、离子方程式等，侧重分析与实验能力的考查，题目难度中等．