题目内容

20．铝是一种重要金属，从铝土矿（主要成分为Al2O3，Fe2O3、SiO2等）中冶炼Al的工业生产流程如下图：

（1）沉淀B的化学式为SiO2，溶液A中含的阳离子主要有Al3+、Fe3+、H+．
（2）写出步骤II生成溶液C 的离子方程式Al3++4OH-=[Al（OH）4]-，步骤I、Ⅱ、Ⅲ都要用到的分离方法是过滤．
（3）生产过程中，除CaO可以循环使用外，还可以循环使用的物质有：CO2、NaOH（填化学式）．
（4）生产中曾用铝热反应焊接钢轨，则铝与氧化铁发生反应的化学方程式为：2Al+Fe 2O3 $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al 2O3 +2Fe
（5）经分析，a吨铝土矿可以冶炼出b吨的铝（假设各生产环节中无损耗），则原铝土矿中Al2O3的纯度（质量分数）$\frac{17b}{9a}$×100%（用含a、b的最简式表示）．

分析 由工艺流程可知，铝土矿（主要成分为Al2O3，Fe2O3、SiO2等），铝土矿与过量的盐酸反应得沉淀B和溶液A，则固体B为SiO2，过滤得滤液A含有氯化铝、氯化铁、盐酸等，滤液中加入过量的NaOH，可推知沉淀D为氢氧化铁，过滤得滤液C含有偏铝酸钠、氯化钠，所以向滤液C中通入二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀与溶液E为碳酸氢钠或碳酸钠溶液，过滤后向E溶液中加入氧化钙得沉淀G为碳酸钙，同时得到氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液可以循环利用，碳酸钙煅烧分解得氧化钙和二氧化碳都可以循环利用，Al（OH）3灼烧得氧化铝，电解熔融的氧化铝可得铝，据此答题；

解答 解：由工艺流程可知，铝土矿（主要成分为Al2O3，Fe2O3、SiO2等），铝土矿与过量的盐酸反应得沉淀B和溶液A，则固体B为SiO2，过滤得滤液A含有氯化铝、氯化铁、盐酸等，滤液中加入过量的NaOH，可推知沉淀D为氢氧化铁，过滤得滤液C含有偏铝酸钠、氯化钠，所以向滤液C中通入二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀与溶液E为碳酸氢钠或碳酸钠溶液，过滤后向E溶液中加入氧化钙得沉淀G为碳酸钙，同时得到氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液可以循环利用，碳酸钙煅烧分解得氧化钙和二氧化碳都可以循环利用，Al（OH）3灼烧得氧化铝，电解熔融的氧化铝可得铝，
（1）根据上面的分析可知，沉淀B的化学式为SiO2，溶液A中含的阳离子主要有 Al3+、Fe3+、H+，
故答案为：SiO2； Al3+、Fe3+、H+；
（2）步骤II过量的氢氧化钠与氯化铝反应生成偏铝酸钠，反应的离子方程式 为Al3++4OH-=[Al（OH）4]-，根据上面的分析可知，步骤I、Ⅱ、Ⅲ都要用到的分离方法是 过滤，
故答案为：Al3++4OH-=[Al（OH）4]-；过滤；
（3）生产过程中，除CaO可以循环使用外，还可以循环使用的物质有CO2、NaOH，
故答案为：CO2、NaOH；
（4）铝与氧化铁发生反应的化学方程式为：2Al+Fe 2O3 $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al 2O3 +2Fe，
故答案为：2Al+Fe 2O3 $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al 2O3 +2Fe；
（5）a吨铝土矿可以冶炼出b吨的铝，则根据铝元素守恒可知，需要纯氧化铝的质量为$\frac{102}{54}$b吨，所以原铝土矿中Al2O3的纯度为$\frac{\frac{102}{54}b}{a}$×100%=$\frac{17b}{9a}$×100%，
故答案为：$\frac{17b}{9a}$×100%．

点评 本题以冶炼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、化学计算等，侧重分析与实验能力的考查，题目难度中等．

练习册系列答案
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2．“神州八号”飞船成功发射升空之后，完成了与1个月前发射的“天宫一号”的成功交会对接，其中新材料铝锂合金为“太空之吻”提供了保障．下列关于铝锂合金的认识正确的（　　）
A．铝锂合金是铝与锂形成的一种化合物
B．锂是碱金属元素，性质活泼，铝锂合金与水反应生成氢气
C．铝离子和锂离子的核外电子排布相同
D．若铝锂合金中锂含量为1.1%，则127.3g铝锂合金中含有锂原子0.2mol
3．NaNO2既有氧化性又有还原性．当NaNO2作还原剂时，所对应的产物可能是（　　）
A．NaNO3B．NO2C．NOD．N2
8．分子树（Dendrimers）是指分子中有树状结构的高度支化大分子，这类大分子的制备方法之一就是Michael加成反应．反应的一个简单例子如下：
（C2H5）2NH+H2C=CHCO2Et$→_{0℃}^{惰性溶剂+醋酸}$（C2H5）2N-CH2CH2CO2Et（注：Et为乙基），一个分子树可通过下列反应得到：
①NH3用过量的丙烯睛（H2C=CHCN）处理得到含有3个氰基的产物
②上述所得产物在催化剂作用下用H2催化还原，得到一种带有三个伯胺（-NH2）的产物．
③这种初级伯胺产物再用过量的丙烯腈处理．
④步骤③的产物再在催化剂作用下用H2氢化，得到六胺化合物．这就是一种支化大分子的开始．
（1）（a）步骤①的反应方程式NH3+3H2C=CHCN→N（CH2CH2CN）3；
（b）步骤②的反应方程式N（CH2CH2CN）3+6H2→N（CH2CH2CH2NH2）3；
（c）步骤④氢化得到的反应产物的结构简式N[CH2CH2CH2N（CH2CH2CH2NH2）2]3．
用丙烯腈处理的结果和氨基的还原结果可以重复几次，最终形成带有伯胺基团的球形分子（-NH2已位于表面）．
（2）计算经5次全循环（第一次循环由步骤①+②组成）后，在分子树上有48个末端基．
（3）（a）每摩尔NH3，进行5次循环时，共需丙烯腈的物质的量为93mol．
（b）分子树每经一次循环分子直径增加约1nm．计算5次循环后分子树的体积6.54×10-26m3．
15．实验室里用如图仪器和药品来制取纯净的无水氯化铜．图中A、B、C、D、E、F表示玻璃管接口，接口的弯曲和伸长等部分未画出．根据要求填写下列各小题空白．
（1）如果所制气体从左向右流向时，上述各仪器装置的正确连接顺序是（填各装置的序号）（　③）接⑤接④接②接（　①）接⑥，其中②与④装置相连时，玻璃管接口应是C接B（用装置中字母表示）．
（2）装置②的作用是干燥氯气；装置④的作用是除去氯气中混有的氯化氢．
（3）实验开始时，应首先检验装置的检验装置气密性，实验结束时，应先熄灭①处的酒精灯．
（4）在装置⑤的烧瓶中，发生反应的化学方程式为MnO2+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O．
（5）在装置①中的实验现象是有大量的棕黄色的烟产生．
（6）用离子方程式表示F中NaOH溶液的作用Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O．
5．利用废旧镀锌铁皮可制备磁性Fe3O4胶体粒子及副产物ZnO．制备流程如下：

已知：Zn及其化合物的性质与Al及其化合物的性质相似．请回答下列问题：
（1）用NaOH溶液处理废旧镀锌铁皮可以去除油污，还可以溶解镀锌层．
（2）调节溶液A的pH可产生Zn（OH）2沉淀，为制得ZnO，后续操作步骤是抽滤→洗涤→灼烧．
（3）由溶液B制得Fe3O4胶体粒子的过程中，须持续通入N2，其原因是在N2气氛下，防止Fe2+被氧化．
（4）用重铬酸钾法（一种氧化还原滴定法）可测定产物Fe3O4中的二价铁含量．请写出酸性条件下K2Cr2O7与Fe2+反应的离子方程式Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O（K2Cr2O7被还原为Cr3+）．
（5）若需配制浓度为0.01000mol•L-1的K2Cr2O7标准溶液250mL，应准确称取K2Cr2O70.7350g（保留四位有效数字，已知M（K2Cr2O7）=294.0g•mol-1）．
配制该标准溶液时，下列仪器一定不要用到的有③⑦（用编号表示）．
①电子天平  ②烧杯  ③量筒 ④玻璃棒 ⑤250mL容量瓶 ⑥胶头滴管 ⑦托盘天平
（6）若配制K2Cr2O7标准溶液时，俯视刻度线，则测定结果偏小（填“偏大”、“偏小”或“不变”，下同）；滴定操作中，若滴定前装有K2Cr2O7标准溶液的滴定管尖嘴部分有气泡，而滴定结束后气泡消失，则滴定结果将偏大．
12．（氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛．硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索．以菱镁矿（主要成分为MgCO3，含少量FeCO3）为原料制备高纯氧化镁的实验流程如图1：

（1）稀硫酸与MgCO3反应的离子方程式为MgCO3+2H+═Mg2++CO2↑+H2O．
（2）加入H2O2的作用是将亚铁离子氧化为铁离子，发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，调溶液pH≈4目的是使Fe（OH）3生成沉淀．
（3）煅烧过程存在以下反应：
2MgSO4+C$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgO+2SO2↑+CO2↑
MgSO4+C$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$MgO+SO2↑+CO↑
MgSO4+3C$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$MgO+S↑+3CO↑
利用图2装置对煅烧产生的气体进行分步吸收或收集．
①B中盛放的溶液可以是d（填字母）．B中的离子方程式为5SO2+2MnO4-+2H2O═2Mn2++4H++5SO42-．
a．NaOH 溶液      b．Na2CO3溶液      c．稀硝酸      d．KMnO4溶液
②D中收集的气体可以是CO（填化学式）．
③A中得到的淡黄色固体与热的NaOH溶液反应，产物中元素最高价态为+4，该反应中氧化剂与
还原剂的物质的量比2：1．
9．金属钛被称为铁和铝之后崛起的“第三金属”，常见化合价为+4．它是空间技术、航海、化工、医疗上不可缺少的材料．工业上用钛铁矿（主要成分FeTiO3）制备金属钛的一种工艺流程如图（部分产物略去）：

（1）步骤①反应的化学方程式为：2FeTiO3+6C+7Cl2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl3+2TiCl4+6CO，还  原剂是FeTiO3、C，每生成1mol TiCl4转移7mol电子．
（2）步骤②分离出TiCl4的方法，利用了TiCl4与FeCl3沸点的不同．
（3）步骤④反应的化学方程式为Mg+TiCl4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MgCl2+Ti，该反应在氩气中进行的理由是防止Mg、Ti被氧化．
（4）绿色化学提倡物料循环．以上流程中，可用于循环的物质除Cl2、Mg外，还有MgCl2．
10．固体粉末X中可能含有Fe、FeO、CuO、MnO2、KCl和K2CO3中的若干种，为确定该固体粉末的成分，某同学依次进行了以下实验：

（1）固体粉末X一定含有的物质是CuO、MnO2以及Fe；
（2）若须探究白色沉淀丙的成分，还要选择的试剂是稀硝酸．

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