题目内容

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1000kg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1.84g?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
 
.
考点:金属的回收与环境、资源保护
专题:实验设计题
分析:(1)Al2O3和Fe2O3能溶于盐酸,SiO2不溶于盐酸,碳酸的酸性强于偏铝酸,故二氧化碳与偏铝酸钠生成氢氧化铝沉淀;
(2)Al2O3与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾溶液;依据从可溶性溶液中获取固体的实验方法回答;
(3)依据化学反应方程式以及给出的数据计算即可;
(4)设制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)2?12H2O的物质的量都是1 mol,然后依据铝离子与硫酸根的关系回答即可.
解答: 解:(1)铝土矿中Al2O3和Fe2O3能溶于盐酸,SiO2不溶于盐酸,所以固体a的化学式为SiO2,Al2O3溶于烧碱生成NaAlO2溶液,在其中通入CO2生成Al(OH)3沉淀,
故答案为:SiO2; AlO2-+CO2+2H2O═HCO3-+Al(OH)3↓;
(2)Al(OH)3分解生成Al2O3,Al2O3与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾溶液,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,
故答案为:Al2O3+4H2SO4+2NH3═2NH4Al(SO4)2+3H2O;蒸发浓缩;
(3)m(Al2O3)=1 000 kg×36%=360 kg,
依据:Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O
       102   294
       360kg m(H2SO4)
故m(H2SO4)=
294×360
102
=1037.6 kg,需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84 g?cm-3)为=
1037.6÷98%
1.84
=575.4 L,
故答案为:575.4;
(4)设制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)2?12H2O的物质的量都是1 mol,则Al3+共3 mol,SO42-共5 mol,根据Al3+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,故答案为:3:10.
点评:本题主要考查的是无机非金属材料的流程与应用,属于中等题,考查的是学生综合分析问题的能力.
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