Question

19．工业上用铝土矿（主要成分为Al₂O₃，只含Fe₂O₃杂质）为原料冶炼铝的工艺流程如下：

回答下列问题：
（1）实验室进行过滤用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗．
（2）上述反应是否都是氧化还原反应否（填“是”或“否”）；写出反应①的化学方程式Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O．
（3）反应 ①后过滤的沉淀为Fe₂O₃，简述确定此物质中金属元素及其价态的操作过程：取少量沉淀于一支洁净试管，加入适量稀硫酸（或盐酸）使其完全溶解，再滴加少量硫氰化钾（或硫氰化铵），若溶液呈（血）红色，说明它为Fe₂O₃．
（4）利用铝制得的镁铝合金用途很广泛，比如用作手机机身，某课外活动小组欲对某一品牌手机机身的铝镁合金进行研究，测定其中铝的质量分数．
I．他们利用盐酸、氢氧化钠溶液设计下列实验方案：
方案：铝镁合金 $\stackrel{过量盐酸}{→}$溶液$\stackrel{过量NaOH溶液}{→}$ $\stackrel{过滤、洗涤、烧灼、冷却}{→}$称量灼烧产物的质量．
用该方案进行实验时，除了称量灼烧产物的质量外，还需称量的是合金样品的质量．
II．拓展研究：在向铝镁合金溶于盐酸后的溶液中加入过量NaOH溶液时，生成沉淀的质量与加入NaOH溶液体积的关系可用数轴关系表示：

当加入60～70ml氢氧化钠溶液时，请写出发生的离子方程式Al（OH）₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
你判断，根据图数轴中的数据能否求出合金中铝的质量分数？能（选填“能”或“不能”）．若能计算，则铝的质量分数是52.94%．

Answer 1

分析 铝土矿（主要成分为Al₂O₃，只含Fe₂O₃杂质），根据流程图可知，加入试剂X为氢氧化钠溶液，Fe₂O₃和氢氧化钠不反应而氧化铝能反应，所以得到沉淀为Fe₂O₃，溶液乙为偏铝酸钠溶液，向偏铝酸钠溶液中通入过量的Y为二氧化碳可以生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠溶液，过滤得到氢氧化铝的沉淀，再加热分解得到氧化铝，最后电解得到铝单质，
（1）实验室进行过滤用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗；
（2）上述反应中反应①②③都是非氧化还原反应，反应①为氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气；
（3）根据上面的分析可知，反应 ①后过滤的沉淀为氧化铁，要确定氧化铁中金属元素及其价态，可以用酸溶解，再用KSCN溶液检验铁离子的存在；
（4）I．根据题中流程可知，测定合金样品中铝的质量分数，还需要称量合金样品的质量；
II．当加入60～70ml氢氧化钠溶液时，沉淀的质量减小，是氢氧化铝与氢氧化钠发生反应生成了偏铝酸钠，据此书写离子方程式，加入NaOH溶液50mL～60mL为Al（OH）₃与NaOH的反应，可计算Al³⁺的物质的量，则加入NaOH溶液10mL～50mL为Al³⁺和Mg²⁺消耗的体积，根据方程式Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓、Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓可知Al和Mg的物质的量之比，进而可计算镁的质量分数．

解答 解：铝土矿（主要成分为Al₂O₃，只含Fe₂O₃杂质），根据流程图可知，加入试剂X为氢氧化钠溶液，Fe₂O₃和氢氧化钠不反应而氧化铝能反应，所以得到沉淀为Fe₂O₃，溶液乙为偏铝酸钠溶液，向偏铝酸钠溶液中通入过量的Y为二氧化碳可以生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠溶液，过滤得到氢氧化铝的沉淀，再加热分解得到氧化铝，最后电解得到铝单质，
（1）实验室进行过滤用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗，故答案为：漏斗；
（2）上述反应中反应①②③都是非氧化还原反应，反应①为氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的化学方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，
故答案为：否；Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；
（3）根据上面的分析可知，反应 ①后过滤的沉淀为Fe₂O₃，要确定氧化铁中金属元素及其价态，可以用酸溶解，再用KSCN溶液检验铁离子的存在，操作过程为取少量沉淀于一支洁净试管，加入适量稀硫酸（或盐酸）使其完全溶解，再滴加少量硫氰化钾（或硫氰化铵），若溶液呈（血）红色，说明它为Fe₂O₃，
故答案为：Fe₂O₃；取少量沉淀于一支洁净试管，加入适量稀硫酸（或盐酸）使其完全溶解，再滴加少量硫氰化钾（或硫氰化铵），若溶液呈（血）红色，说明它为Fe₂O₃；
（4）I．灼烧得到的是氧化镁，所以要计算合金中镁的质量分数，还需要称量合金样品的质量，
故答案为：合金样品的质量；
II．当加入60～70ml氢氧化钠溶液时，沉淀的质量减小，是氢氧化铝与氢氧化钠发生反应生成了偏铝酸钠，反应的离子方程式为Al（OH）₃+2OH^-=2 AlO₂^-+H₂O，根据数轴可知，溶解氢氧化铝消耗的氢氧化钠溶液是70ml-60ml=10ml，则生成氢氧化铝消耗的氢氧化钠溶液体积应该是30ml，所以生成氢氧化镁消耗的氢氧化钠溶液体积是60ml-10ml-30ml=20ml，则根据方程式Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓、Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓可知Al和Mg的物质的量之比是1：1的，则铝的质量分数是$\frac{27}{27+24}×100%$=52.94%，
故答案为：Al（OH）₃+2OH^-=2 AlO₂^-+H₂O；能；52.94%．

点评 该题考查镁铝合金中镁质量分数测定探究实验的有关判断，是高考中的常见题型，属于中等难度的试题，试题综合性强，在注重对基础知识巩固和训练的同时，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，有利于培养学生规范严谨的实验设计能力以及评价能力，该类试题综合性强，理论和实践的联系紧密，有的还提供一些新的信息，这就要求学生必须认真、细致的审题，联系所学过的知识和技能，进行知识的类比、迁移、重组，全面细致的思考才能得出正确的结论．