Question

15．铝硅合金材料性能优良．用铝土矿（含30%SiO₂、37.6%Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）干法制取该合金的工艺如下：

（1）检验铝土矿中的铁元素需要试剂：硫酸和KSCN溶液，工业制备粗硅的化学方程式为2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO+Si．
（2）焙烧除铁反应：4（NH₄）₂SO₄+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₄Fe（SO₄）₂+3H₂O+6NH₃↑（Al₂O₃部分发生类似反应）．
氧化物转化为硫酸盐的百分率与温度的关系如图，最适宜焙烧温度为300℃．指出气体I的用途制氮肥、用硫酸吸收气体（氨气）循环到焙烧过程中．（任写一种）．

（3）操作①包括：加水溶解、过滤．若所得溶液中加入过量NaOH溶液，含铝微粒发生反应的离子方程式为Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（4）用焦炭还原．SiO₂、Al₂O₃会产生中间体SiC、Al₄C₃．任写一个高温下中间体又与Al₂O₃反应生成铝、硅单质的化学方程式Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Al+3CO↑．
（5）投入1t铝土矿，焙烧时，铝损失5%（其余损失不计），当加入27kg纯铝后，铝硅合金中m：n=8：5．

Answer 1

分析 铝土矿（含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）加硫酸铵焙烧，Fe₂O₃转化为NH₄Fe（SO₄）₂同时生成氨气，加水溶解、过滤，滤渣为SiO₂和Al₂O₃，用焦炭在高温条件下还原SiO₂、Al₂O₃得到硅铝熔体，在加纯铝搅拌，得到硅铝合金；
（1）氧化铁是碱性氧化物与酸反应生成铁盐，然后加入KSCN溶液进行检验，观察溶液是否呈血红色；工业上是用碳和二氧化硅在高温条件下反应制备粗硅；
（2）焙烧时尽可能是氧化铁反应，而氧化铝不反应；氨气可以制氮肥，也可以制备硫酸铵循环利用；
（3）根据流程分析解答；溶液中含有铝离子与氢氧根离子生成偏铝酸根离子；
（4）在高温条件下，Al₄C₃与Al₂O₃反应生成Al和CO；
（5）铝土矿中含30%SiO₂、37.6%Al₂O₃，又加入27kg纯铝，根据质量守恒计算铝硅的质量和质量比．

解答 解：铝土矿（含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）加硫酸铵焙烧，Fe₂O₃转化为NH₄Fe（SO₄）₂同时生成氨气，加水溶解、过滤，滤渣为SiO₂和Al₂O₃，用焦炭在高温条件下还原SiO₂、Al₂O₃得到硅铝熔体，在加纯铝搅拌，得到硅铝合金；
（1）氧化铁是碱性氧化物与酸反应生成铁盐，然后加入KSCN溶液进行检验，观察溶液是否呈血红色，所以检验铝土矿中的铁元素需要试剂：硫酸和KSCN溶液，工业上是用碳和二氧化硅在高温条件下反应制备粗硅，反应的化学方程式为：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO+Si，故答案为：硫酸和KSCN溶液；2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO+Si；
（2）焙烧时尽可能是氧化铁反应，而氧化铝不反应，由图可知在300℃时，氧化铁转化为硫酸盐的百分率很高，而氧化铝转化为硫酸盐的百分率最低，所以最适宜焙烧温度为300℃；气体Ⅰ为氨气，氨气可以用于制氮肥，也可以用硫酸吸收来备硫酸铵循环到焙烧过程中；
故答案为：300℃；制氮肥、用硫酸吸收气体（氨气）循环到焙烧过程中；
（4）由流程分析可知，操作①包括：加水溶解、过滤；溶液中含有铝离子与氢氧根离子生成偏铝酸根离子，其反应的离子方程式为：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
故答案为：过滤；Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（5）在高温条件下，Al₄C₃与Al₂O₃反应生成Al和CO，其反应的方程式为：Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Al+3CO↑；
故答案为：Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Al+3CO↑；
（6）投入1t铝土矿，加入27kg纯铝，已知铝土矿中含30%SiO₂、37.6%Al₂O₃，则Al的总质量为：1000kg×37.6%×$\frac{54}{102}$+27kg=226kg，
Si的总质量为1000kg×30%×$\frac{28}{60}$=140kg，则铝硅合金中m：n=$\frac{226}{27}$：$\frac{140}{28}$=8：5，
故答案为：8：5．

点评 本题考查了物质分离和提纯基本操作，注意把握流程中发生的化学反应为解答的关键，注重信息与所学知识的结合分析解决问题，侧重知识迁移应用能力的考查，题目难度中等．