Question

铝是现今人类生产生活中使用广泛性仅次于铁的重要金属。工业上常以“钒土矿”为原料来冶炼金属铝。已知：钒土的主要成分是Al₂O₃(其中含有Fe₂O₃、SiO₂等杂质)。为了检测某“钒土矿”样中Al₂O₃的含量，进行了如下实验过程：

①取矿样10.0 g加入过量稀盐酸溶解(假定其他未知成分的杂质都不溶于盐酸，也不和盐酸反应)，过滤弃去不溶残渣。

②将滤液稀释并在250 mL容量瓶中定容后，取25.0 mL逐滴滴加2.0 mol·L^－1的NaOH溶液，得到如图所示的变化关系。请根据有关数据回答下列问题：

(1)写出滴加NaOH溶液24～30 mL时发生反应的离子方程式：______________________________。

(2)最后所得不溶于NaOH溶液的沉淀的化学式为________，其物质的量为______________。

(3)该“钒土矿”样中Al₂O₃的质量分数为________。

(4)工业上制取金属铝的化学反应原理可表示为

2Al₂O₃(熔融)4Al＋3O₂↑

用10.0 t “钒土矿”样提纯所得的Al₂O₃(提纯过程的损耗忽略不计)进行电解，理论上最多可制得金属铝________ t，假定Al₂O₃在熔融状态完全电离为Al^3＋和O^2－，则电解过程的阳极反应式为_____________________ ___________________________________________________。

Answer 1

解析　(1)滴加NaOH溶液24～30 mL段Al(OH)₃逐渐溶解，离子方程式为Al(OH)₃＋OH^－===AlO＋2H₂O。(2)①中加入过量盐酸过滤后得到的滤液中含有AlCl₃、FeCl₃和HCl，不溶残渣为SiO₂，②中滴加NaOH溶液至过量得到的沉淀为Fe(OH)₃，溶液中含有NaOH、NaAlO₂和NaCl。根据24～30 mL段，n(Al^3＋)＝n[Al(OH)₃]＝2.0 mol·L^－1×(30－24)×10^{－3 L}＝0.012 mol，根据Fe^3＋＋3OH^－===Fe(OH)₃↓、Al^3＋＋3OH^－===Al(OH)₃↓，则3n(Al^3＋)＋3n(Fe^3＋)＝(24－3)×10^{－3 L×2.0 mol·L－1}＝0.042 mol，故n(Fe^3＋)＝(0.042 mol－0.012 mol×3)×＝0.002 mol，故Fe(OH)₃＝0.002 mol。

(3)10.0 g矿样中n(Al₂O₃)＝0.012 mol××10＝0.06 mol，故Al₂O₃的质量分数为

×100%＝61.2%。

(4)根据Al₂O₃～2Al，用10.0 t “钒土矿”样提纯并电解，制得金属铝的质量为10.0 t×61.2%×＝3.24 t。电解熔融Al₂O₃时阳极为O^2－放电，电极反应式为2O^2－－4e^－===O₂↑。

答案　(1)Al(OH)₃＋OH^－===AlO＋2H₂O

(2)Fe(OH)₃　2.00×10^－3 mol

(3)61.2%　(4)3.24　2O^2－－4e^－===O₂↑