Question

14．電解鋁廠的實驗室為測定鋁土礦（主要成分是Al₂O₃，雜質(zhì)是Fe₂O₃、SiO₂）樣品中Al₂O₃的質(zhì)量分數(shù)，操作如下：
①將鋁土礦樣品粉碎后加入足量稀H₂SO₄溶液，充分反應(yīng)后過濾，得濾液a
②向濾液a中加入足量NaOH溶液，充分反應(yīng)后過濾，得濾液b
③向濾液b中通入足量CO₂，充分反應(yīng)后過濾、洗滌，得Al（OH）₃沉淀
④…
（1）濾液a中陽離子有H⁺、Al³⁺、Fe³⁺（寫離子符號）．
（2）由濾液b得到Al（OH）₃的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（3）操作④是干燥Al（OH）₃沉淀、稱量．
（4）要測定鋁土礦樣品中Al₂O₃的質(zhì)量分數(shù)，所需數(shù)據(jù)是鋁土礦樣品質(zhì)量xg、Al（OH）₃質(zhì)量yg（質(zhì)量數(shù)據(jù)用x、y…表示，單位是g）；鋁土礦樣品中Al₂O₃質(zhì)量分數(shù)表達式是$\frac{102y}{156x}$×100%（用含x、y…的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）氧化鋁、氧化鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁、硫酸鐵，二氧化硅不反應(yīng)，據(jù)此判斷濾液a中陽離子組成；
（2）向濾液b中通入足量CO₂，充分反應(yīng)后過濾、洗滌，得Al（OH）₃沉淀和碳酸氫鈉；
（3）需要得到干燥的氫氧化鋁的質(zhì)量，所以需要干燥氫氧化鋁，然后稱量氫氧化鋁沉淀的質(zhì)量；
（4）要測定氧化鋁的質(zhì)量分數(shù)，需要知道樣品總質(zhì)量、氫氧化鋁的質(zhì)量，利用質(zhì)量守恒寫出鋁土礦樣品中Al₂O₃質(zhì)量分數(shù)表達式．

解答 解：（1）將鋁土礦樣品粉碎后加入足量稀H₂SO₄溶液，Al₂O₃和Fe₂O₃與稀硫酸反應(yīng)，SiO₂不與稀硫酸反應(yīng)，所以過濾后得到濾液a中含有陽離子為：H⁺、Al³⁺、Fe³⁺；
故答案為：H⁺、Al³⁺、Fe³⁺；                            
（2）向濾液b中通入足量CO₂，充分反應(yīng)后過濾、洗滌，得Al（OH）₃沉淀和碳酸氫鈉，反應(yīng)的離子方程式：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（3）本實驗中需要通過氫氧化鋁的質(zhì)量、氧化鋁樣品的質(zhì)量測定樣品中氧化鋁的質(zhì)量分數(shù)，所以步驟Ⅳ需要干燥Al（OH）₃沉淀并稱量其質(zhì)量，
故答案為：干燥Al（OH）₃沉淀、稱量；              
（4）要測定鋁土礦樣品中Al₂O₃的質(zhì)量分數(shù)，需要通過氫氧化鋁沉淀的質(zhì)量計算出氧化鋁的質(zhì)量，還應(yīng)該知道樣品的質(zhì)量，設(shè)鋁土礦樣品的質(zhì)量為xg、氫氧化鋁的質(zhì)量為y，根據(jù)質(zhì)量守恒可知樣品中氧化鋁的質(zhì)量為：$\frac{yg}{78g/mol}$×$\frac{1}{2}$×102g/mol=$\frac{102y}{156}$g，
則該鋁土礦樣品中氧化鋁的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{\frac{102y}{156}g}{xg}$×100%=$\frac{102y}{156x}$×100%，
故答案為：鋁土礦樣品質(zhì)量xg、Al（OH）₃質(zhì)量y g；$\frac{102y}{156x}$×100%．

點評 本題考查了測量鋁土礦中氧化鋁的質(zhì)量分數(shù)的方法，題目難度中等，明確發(fā)生反應(yīng)原理及測量方法為解答關(guān)鍵，注意掌握化學(xué)實驗基本操作方法及計算樣品含量的方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計算能力．