Question

鋁是地殼中含量最多的金屬元素，在自然界主要以化合態(tài)形式存在于氧化鋁中．鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量 SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)，冶煉金屬鋁很重要的一個過程是Al₂O₃的提純．由于Al₂O₃是兩性氧化物，而雜質(zhì)SiO₂是酸性氧化物，F(xiàn)e₂O₃是堿性氧化物，因而可設(shè)計出兩種提純氧化鋁的方案．
方案一：堿熔法

討論回答下列問題：
（1）寫出步驟①中可能發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：

 

．
（2）步驟③中不用鹽酸（或H₂SO₄）酸化的理由

 

．
方案二：酸溶法

討論回答下列問題：
（1）寫出①中可能發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：

 

．
（2）步驟②中不用氨水沉淀Fe³⁺的原因：

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：方案一堿熔法：鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量 SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)步驟①用氫氧化鈉溶解，發(fā)生的反應(yīng)有Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O，過濾得到濾液為含AlO₂^-，SiO₃^2-的離子的溶液，再通入過量的二氧化碳生成氫氧化鋁的沉淀，再灼燒生成氧化鋁，最后電解得到鋁單質(zhì)；
方案二酸溶法：鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量 SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)步驟①用鹽酸溶解，發(fā)生的反應(yīng)有Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，過濾得到濾液為含三價鋁和三價鐵的離子的溶液，再通入過量的氫氧化鈉生成偏鋁酸鈉溶液甲，再通入過量的二氧化碳生成氫氧化鋁的沉淀，再灼燒生成氧化鋁，最后電解得到鋁單質(zhì)，以此解題．

解答： 解：方案一堿熔法：鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量 SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)步驟①用氫氧化鈉溶解，發(fā)生的反應(yīng)有Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O，過濾得到濾液為含AlO₂^-，SiO₃^2-的離子的溶液，再通入過量的二氧化碳生成氫氧化鋁的沉淀，再灼燒生成氧化鋁，最后電解得到鋁單質(zhì)；
（1）步驟①中可能發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O，故答案為：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（2）因為偏鋁酸鈉與酸反應(yīng)生成的Al（OH）₃具有兩性，可繼續(xù)溶于強酸，不易控制酸的量并且CO₂廉價而且生成的副產(chǎn)物NaHCO₃用途廣泛，經(jīng)濟效益好，所以步驟③中不用鹽酸（或H₂SO₄）酸化，
故答案為：因為①AlO₂^-與酸反應(yīng)生成的Al（OH）₃具有兩性，可溶于強酸，不易控制酸的量，②CO₂廉價而且生成的副產(chǎn)物NaHCO₃用途廣泛，經(jīng)濟效益好；
方案二酸溶法：鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量 SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)步驟①用鹽酸溶解，發(fā)生的反應(yīng)有Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，過濾得到濾液為含三價鋁和三價鐵的離子的溶液，再通入過量的氫氧化鈉生成偏鋁酸鈉溶液甲，再通入過量的二氧化碳生成氫氧化鋁的沉淀，再灼燒生成氧化鋁，最后電解得到鋁單質(zhì)；
（1）①中可能發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，故答案為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）因為Al（OH）₃只能溶于強堿，不能溶于氨水，不能將Fe（OH）₃和Al（OH）₃分離，所以步驟②中不用氨水沉淀Fe³⁺，
故答案為：Al（OH）₃只能溶于強堿，不能溶于氨水，不能將Fe（OH）₃和Al（OH）₃分離．

點評：本題主要考查了元素化合物中金屬鋁、鐵的性質(zhì)，解題時不僅需熟知物質(zhì)間的反應(yīng)原理，還需靈活運用于實驗的設(shè)計，題目難度不大．