Question

1．鋁是重要的金屬材料，鋁土礦（主要成分是Al₂O₃和少量的SiO₂、Fe₂O₃雜質）是工業(yè)上制取鋁的原料．實驗室模擬工業(yè)上以鋁土礦為原料制取Al₂（SO₄）₃和銨明礬晶體的工藝流程如圖所示：

請回答下列問題：
（1）固體a的化學式為SiO₂，Ⅲ中通入足量CO₂氣體發(fā)生反應的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O═HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（2）制取銨明礬溶液的化學方程式為Al₂O₃+4H₂SO₄+2NH₃=2NH₄Al（SO₄）₂+3H₂O或Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃=2NH₄Al（SO₄）₂，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實驗操作依次為（填操作名稱）蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌．
（3）步驟Ⅱ中是否可以用氨水代替燒堿？不可以（填“可以”或“不可以”），原因是Al（OH）₃只能溶于強堿，不能溶于氨水，用氨水不能將Fe（OH）₃和Al（OH）₃分離．
（4）若同時制取銨明礬和硫酸鋁，通過控制硫酸的用量調節(jié)兩種產品的產量．若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質的量之比為1：1，則投料時鋁土礦中的Al₂O₃和H₂SO₄的物質的量之比為3：10．

Answer 1

分析 鋁土礦用鹽酸溶解，Al₂O₃、Fe₂O₃與鹽酸反應得到AlCl₃、FeCl₃，SiO₂不與鹽酸反應，過濾得到固體a為SiO₂，濾液中含有AlCl₃、FeCl₃及剩余的HCl，再加入過量的燒堿，反應得到氫氧化鐵沉淀、偏鋁酸鈉、氯化鈉，過濾，紅褐色固體b為氫氧化鐵，溶液Ⅲ中含有偏鋁酸鈉、氯化鈉及剩余的NaOH，通入過量的二氧化碳，反應生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，過濾，濾液c中含有氯化鈉、碳酸氫鈉，將沉淀加熱分解得到氧化鋁，用硫酸溶解得到硫酸鋁溶液，再通入氨氣，得到銨明礬溶液，最后經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等操作得到銨明礬晶體．
（1）Al₂O₃和Fe₂O₃能溶于鹽酸，SiO₂不溶于鹽酸，碳酸的酸性強于偏鋁酸，故二氧化碳與偏鋁酸鈉生成氫氧化鋁沉淀；
（2）Al₂O₃與稀硫酸、氨氣反應生成銨明礬溶液；依據(jù)從可溶性溶液中獲取固體的實驗方法回答；
（3）氫氧化鋁是兩性氫氧化物溶于強酸強堿，不溶于弱酸弱堿；
（4）設制得的Al₂（SO₄）₃和NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O的物質的量都是1 mol，然后依據(jù)鋁離子與硫酸根的關系回答即可．

解答 解：鋁土礦用鹽酸溶解，Al₂O₃、Fe₂O₃反應得到AlCl₃、FeCl₃，SiO₂不與鹽酸反應，過濾得到固體a為SiO₂，濾液中含有AlCl₃、FeCl₃及剩余的HCl，再加入過量的燒堿，反應得到氫氧化鐵沉淀、偏鋁酸鈉、氯化鈉，過濾，紅褐色沉淀b為氫氧化鐵，溶液中含有偏鋁酸鈉、氯化鈉及剩余的NaOH，通入過量的二氧化碳，反應生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，過濾，濾液c中含有氯化鈉、碳酸氫鈉，將沉淀加熱分解得到氧化鋁，用硫酸溶解得到硫酸鋁溶液，再通入氨氣，得到銨明礬溶液，最后經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等操作得到銨明礬晶體，
（1）鋁土礦中Al₂O₃和Fe₂O₃能溶于鹽酸，SiO₂不溶于鹽酸，所以固體a的化學式為SiO₂，Al₂O₃溶于燒堿生成NaAlO₂溶液，在其中通入CO₂生成Al（OH）₃沉淀，
故答案為：SiO₂； AlO₂^-+CO₂+2H₂O═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（2）Al（OH）₃分解生成Al₂O₃，Al₂O₃與稀硫酸、氨氣反應生成銨明礬溶液，反應的化學方程式為：Al₂O₃+4H₂SO₄+2NH₃=2NH₄Al（SO₄）₂+3H₂O或Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃=2NH₄Al（SO₄）₂，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實驗操作依次為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌，
故答案為：Al₂O₃+4H₂SO₄+2NH₃=2NH₄Al（SO₄）₂+3H₂O或Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃=2NH₄Al（SO₄）₂；蒸發(fā)濃縮；
（3）步驟Ⅱ是AlCl₃、FeCl₃及剩余的HCl溶液中加入過量的燒堿，反應得到氫氧化鐵沉淀、偏鋁酸鈉、氯化鈉，過濾，紅褐色沉淀b為氫氧化鐵，氫氧化鋁是兩性氫氧化物溶于強酸強堿，不溶于弱酸弱堿，若用氨水代替燒堿只能生成氫氧化鋁沉淀和氫氧鐵沉淀，不能將氫氧化鐵和氫氧化鋁分離，
故答案為：不可以；   Al（OH）₃只能溶于強堿，不能溶于氨水，用氨水不能將Fe（OH）₃和Al（OH）₃分離；
（4）設制得的Al₂（SO₄）₃和NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O的物質的量都是1 mol，則Al³⁺共3 mol，SO₄^2-共5 mol，根據(jù)Al³⁺和SO₄^2-守恒原理可得，加入Al₂O₃和H₂SO₄的物質的量之比為：$\frac{3}{2}$：5=3：10，
故答案為：3：10．

點評 本題主要考查的是無機非金屬材料的流程與應用，題目難度中等，考查的是學生綜合分析問題的能力，掌握基礎是解題關鍵．