Question

硝酸鋁廣泛用于有機合成、印染工業等。工業上以鋁灰為原料（主要成分為Al，含少量Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂、CaO、MgO等）制備硝酸鋁的工藝流程如下：

已知：Al（OH）₃沉淀和溶解的pH如下表：

Al（OH）3	開始沉淀	沉淀完全	沉淀開始溶解	沉淀溶解完全
pH	3.3	5.0	7.8	12.8

 
回答下列問題：
（1）堿溶時，發生主反應的離子方程式為________________________________。
（2）工藝流程中第一次加入硝酸調pH＝7.0的目的是__________________________________________________________。
pH＝7.0時，溶液中c（Al^3＋）＝________（通常條件下，K_sp[Al（OH）₃]＝1.3×10^－33）。
（3）若忽略雜質跟酸、堿的反應，則在堿溶、調pH＝7.0、酸溶過程中，理論上消耗堿、酸的物質的量之比n₁（NaOH）∶n₂（HNO₃）∶n₃（HNO₃）＝________。
（4）現用1 t鋁灰制硝酸鋁晶體[Al（NO₃）₃·9H₂O]，最后生產出7.5 t硝酸鋁晶體，若生產過程中鋁元素的損失率為10%，計算鋁灰中鋁元素的質量分數。

Answer 1

（1）2Al＋2OH^－＋2H₂O=2AlO₂^-＋3H₂↑
（2）使Al（OH）₃沉淀完全　1.3×10^－12 mol·L^－1
（3）1∶1∶3
（4）60%

（1）注意鋁灰的主要成分為Al，主要反應是鋁與堿的反應。（2）結合流程圖可知，調節pH＝7.0時，過濾得到的沉淀再加HNO₃，得硝酸鋁，可知沉淀為Al（OH）₃。c（Al^3＋）＝＝1.3×10^－12 mol·L^－1。（3）堿溶、調pH＝7.0、酸溶的反應分別為：2Al＋2OH^－＋2H₂O=2AlO₂^-＋3H₂↑、AlO₂^-＋H^＋＋H₂O=Al（OH）₃↓、Al（OH）₃＋3H^＋=Al^3＋＋3H₂O，得n₁（NaOH）∶n₂（HNO₃）∶n₃（HNO₃）＝1∶1∶3。
（4）設鋁元素的質量分數為x
　Al　　　～　　　　Al（NO₃）₃·9H₂O
　27　　　　　　　　　　375
1 t×（1－10%）×x　　　　7.5 t
＝
解得：x＝0.6（或60%）