Question

【題目】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(zhì))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[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工藝流程如圖所示：（提示：SiO2為難溶于鹽酸的固體）

請回答下列問題：

（1）固體a的化學(xué)式為________。

（2）在Ⅱ中加過量的燒堿涉及到的反應(yīng)離子方程式有Fe3+ + 3OH- =Fe(OH)3↓、H+ + OH- =H2O、_________________；Ⅲ中通入足量CO2氣體發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________。

（3）由Ⅲ中得到濾液c的實驗操作為_____________，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)_________________________。

（4）0.2 mol·L－1的NH4Al(SO4)2溶液與0.3 mol·L－1的Ba(OH)2溶液等體積混合的離子反應(yīng)方程式為_____________________________________。

（5）若同時制取銨明礬和硫酸鋁，通過控制硫酸的用量調(diào)節(jié)兩種產(chǎn)品的產(chǎn)量。若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質(zhì)的量之比為1∶1，則投料時鋁土礦中的Al2O3和加入的H2SO4的物質(zhì)的量之比為________。

Answer 1

【答案】SiO2 Al3+ + 4OH-= AlO2-+2H2O AlO2-＋CO2＋2H2O=HCO3-＋Al(OH)3↓ 過濾 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌 2Al3++3SO42-+3Ba2++6OH-=2Al（OH）3↓+3BaSO4↓ 3∶10

【解析】

（1）Al2O3和Fe2O3能溶于鹽酸，SiO2不溶于鹽酸；

（2）Ⅱ中加過量的燒堿，鋁離子和過量堿反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水；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；

（3）由Ⅲ中得到濾液c的實驗操作為過濾；依據(jù)從可溶性溶液中獲取固體的實驗方法回答；
（4）設(shè)NH4Al(SO4)2為2mol，則Ba(OH)2為3mol，溶液中含有2molNH4+、2molAl3+、4molSO42-，Al3+完全沉淀時，恰好需要3mol Ba(OH)2，此時發(fā)生2 NH4Al(SO4)2+3 Ba(OH)2=（NH4）2SO4+3BaSO4↓+2Al（OH）3↓；
（5）設(shè)制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)212H2O的物質(zhì)的量都是1 mol，然后依據(jù)鋁離子與硫酸根的關(guān)系回答即可。

（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(xué)式為SiO2；

故答案為：SiO2；

（2）Al2O3和Fe2O3溶于過量鹽酸生成AlCl3、FeCl3，因此在Ⅱ中加過量的燒堿涉及到的反應(yīng)離子方程式有Fe3+ + 3OH- =Fe(OH)3↓、H+ + OH- =H2O、Al3+ + 4OH-= AlO2-+2H2O；Ⅲ中通入足量CO2氣體生成Al(OH)3沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：AlO2-＋CO2＋2H2O=HCO3-＋Al(OH)3↓。

故答案為：Al3+ + 4OH-= AlO2-+2H2O ；AlO2-＋CO2＋2H2O=HCO3-＋Al(OH)3↓；

（3）由Ⅲ中得到濾液c的實驗操作為過濾；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(jié)晶、過濾洗滌。

故答案為：過濾；蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌；

（4）設(shè)NH4Al(SO4)2為2mol，則Ba(OH)2為3mol，溶液中含有2molNH4+、2molAl3+、4molSO42-，Al3+完全沉淀時，恰好需要3mol Ba(OH)2，此時發(fā)生2 NH4Al(SO4)2+3 Ba(OH)2=（NH4）2SO4+3BaSO4↓+2Al（OH）3↓，離子方程式為2Al3++3SO42-+3Ba2++6OH-=2Al（OH）3↓+3BaSO4↓。

故答案為：2Al3++3SO42-+3Ba2++6OH-=2Al（OH）3↓+3BaSO4↓。

（5）設(shè)制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)212H2O的物質(zhì)的量都是1mol，則對應(yīng)的Al3+共3mol，SO42-共5mol，根據(jù)Al3+和SO42-守恒可知加入Al2O3和H2SO4的物質(zhì)的量之比為:5=3:10。