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	沉淀完全溶解
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（Al³⁺）=______（通常條件下，Ksp[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1t鋁灰制硝酸鋁晶體[Al（NO₃）₃?9H₂O]，最后生產出7.5t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

【答案】分析：（1）主要為Al，則Al與NaOH溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣；
（2）由表格中的數據可知，鋁離子沉淀完全；c（Al³⁺）=；
（3）堿溶發生2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，調pH=7.0、酸溶發生NaAlO₂+HNO₃+H₂O═NaNO₃+Al（OH）₃↓，酸溶發生Al（OH）₃↓+3HNO₃═Al（NO₃）₃+3H₂O；
（4）由原子守恒可知，Al～Al（NO₃）₃?9H₂O，以此計算．
解答：解：（1）主要為Al，則Al與NaOH溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，離子反應為2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）由表格中的數據可知，第一次加入硝酸調pH=7.0的目的是鋁離子沉淀完全；c（Al³⁺）===1.3×10^-12mol/L，
故答案為：鋁離子沉淀完全；1.3×10^-12mol/L；
（3）堿溶發生2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，調pH=7.0、酸溶發生NaAlO₂+HNO₃+H₂O═NaNO₃+Al（OH）₃↓，酸溶發生Al（OH）₃↓+3HNO₃═Al（NO₃）₃+3H₂O，
則理論上消耗堿、酸的物質的量之比n₁（NaOH）：n₂（HNO₃）：n₃（HNO₃）=1：1：3，故答案為：1：1：3；
（4）由原子守恒可知，Al～Al（NO₃）₃?9H₂O，則
                    27         375
         1t×（1-10%）×x      7.5t
，
解得x=0.6=60%，
答：鋁灰中鋁元素的質量分數為60%．
點評：本題以流程圖考查離子反應及有關守恒法的計算，明確流程中每步發生的化學反應及物質的性質是解答的關鍵，題目難度中等．