Question

20．铝土矿的主要成分是Al₂O₃，还含有Fe₂O₃、SiO₂等杂质．从铝土矿中提取氧化铝的流程如下图所示：

（1）操作1的名称是过滤，所需要的主要玻璃仪器除了漏斗、烧杯外还有玻璃棒．
（2）若试剂A是稀盐酸，滤渣b的主要成分是H₂SiO₃（用化学式回答）．
（3）若试剂B是氨水，写出溶液b加入过量试剂B所发生的有关反应离子方程式：Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（4）某同学认为也可以用如下流程从铝土矿中提炼Al₂O₃：

滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是CaSiO₃，气体A为CO₂；（用化学式回答）
（5）电解熔融的氧化铝可制备金属铝：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Al+3O₂↑．若在标准状况下生成4.48L的氧气，则该反应转移的电子数为4.816×10²³或0.8N_A．

Answer 1

分析 铝土矿中Al₂O₃、SiO₂和NaOH反应，反应方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，Fe₂O₃和NaOH不反应，分离难溶性固体和溶液采用过滤方法，所以操作1是过滤，滤液a中含有NaOH、NaAlO₂、Na₂SiO₃，滤渣a为Fe₂O₃；
如果A是盐酸，向滤液a中加入过量试剂A，然后过滤得到滤渣b和溶液b，加入的物质能和NaAlO₂、Na₂SiO₃反应生成可溶性物质和难溶性物质，NaAlO₂和过量稀盐酸反应生成可溶性的AlCl₃，Na₂SiO₃和稀盐酸反应生成难溶性的H₂SiO₃，反应方程式分别为NaAlO₂+4HCl=AlCl₃+NaCl+2H₂O、Na₂SiO₃+2HCl=H₂SiO₃↓+2NaCl，
同时还发生反应HCl+NaOH=NaCl+H₂O，则滤液b中含有NaCl、AlCl₃
，滤渣b为H₂SiO₃；
向滤液b中加入过量B，操作3为过滤，得到滤渣c和滤液c，滤渣煅烧生成氧化铝，则滤渣c为Al（OH）₃，如果B为氨水，滤液c中含有NaCl和NH₄Cl；
（4）铝土矿中Al₂O₃、SiO₂和NaOH反应，反应方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，Fe₂O₃和NaOH不反应，滤液I中含有NaOH、NaAlO₂、Na₂SiO₃，滤渣为Fe₂O₃；
向滤液I中加入CaO，发生反应CaO+H₂O=Ca（OH）₂，Ca（OH）₂和Na₂SiO₃发生复分解反应生成沉淀，反应方程式为Ca（OH）₂+Na₂SiO₃=2NaOH+CaSiO₃↓，然后过滤，则得到的沉淀是CaSiO₃，滤液II中含有NaOH、NaAlO₂，向滤液II中通入气体A，A反应生成沉淀B，B煅烧生成氧化铝，则B为Al（OH）₃，A和偏铝酸钠反应生成氢氧化铝，则A为CO₂，滤液A中含有碳酸钠或碳酸氢钠，
据此分析解答．

解答 解：铝土矿中Al₂O₃、SiO₂和NaOH反应，反应方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，Fe₂O₃和NaOH不反应，分离难溶性固体和溶液采用过滤方法，所以操作1是过滤，滤液a中含有NaOH、NaAlO₂、Na₂SiO₃，滤渣a为Fe₂O₃；
如果A是盐酸，向滤液a中加入过量试剂A，然后过滤得到滤渣b和溶液b，加入的物质能和NaAlO₂、Na₂SiO₃反应生成可溶性物质和难溶性物质，NaAlO₂和过量稀盐酸反应生成可溶性的AlCl₃，Na₂SiO₃和稀盐酸反应生成难溶性的H₂SiO₃，反应方程式分别为NaAlO₂+4HCl=AlCl₃+NaCl+2H₂O、Na₂SiO₃+2HCl=H₂SiO₃↓+2NaCl，
同时还发生反应HCl+NaOH=NaCl+H₂O，则滤液b中含有NaCl、AlCl₃
，滤渣b为H₂SiO₃；
向滤液b中加入过量B，操作3为过滤，得到滤渣c和滤液c，滤渣煅烧生成氧化铝，则滤渣c为Al（OH）₃，如果B为氨水，滤液c中含有NaCl和NH₄Cl；
（1）通过以上分析知，操作1的名称是过滤，所需要的主要玻璃仪器除了漏斗、烧杯外还有玻璃棒
故答案为：过滤；玻璃棒；
（2）若试剂A是稀盐酸，滤渣b的主要成分是H₂SiO₃，故答案为：H₂SiO₃；
（3）若试剂B是氨水，写出溶液b加入过量试剂B所发生的有关反应离子方程式：Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案为：Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（4）铝土矿中Al₂O₃、SiO₂和NaOH反应，反应方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，Fe₂O₃和NaOH不反应，滤液I中含有NaOH、NaAlO₂、Na₂SiO₃，滤渣为Fe₂O₃；
向滤液I中加入CaO，发生反应CaO+H₂O=Ca（OH）₂，Ca（OH）₂和Na₂SiO₃发生复分解反应生成沉淀，反应方程式为Ca（OH）₂+Na₂SiO₃=2NaOH+CaSiO₃↓，然后过滤，则得到的沉淀是CaSiO₃，滤液II中含有NaOH、NaAlO₂，向滤液II中通入气体A，A反应生成沉淀B，B煅烧生成氧化铝，则B为Al（OH）₃，A和偏铝酸钠反应生成氢氧化铝，则A为CO₂，滤液A中含有碳酸钠或碳酸氢钠，
滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是CaSiO₃，气体A为CO₂，
故答案为：CaSiO₃；CO₂；
（5）电解熔融的氧化铝可制备金属铝：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Al+3O₂↑，若在标准状况下生成4.48L的氧气，n（O₂）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，根据氧气和转移电子之间的关系式得则该反应转移的电子数=0.2mol×4×N_A/mol=4.816×10²³或0.8N_A，故答案为：4.816×10²³或0.8N_A．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，侧重考查学生分析判断及知识综合运用能力，明确基本操作方法、元素化合物性质及反应原理是解本题关键，会根据物质之间的转化确定物质成分，题目难度中等．