Question

工業上用鋁土礦（主要成分是Al₂O₃，還有少量的Fe₂O₃、SiO₂）提取冶煉鋁的原料氧化鋁，并分析該鋁土礦中氧化鋁的含量．工藝流程如圖：

（1）殘渣的成分是

SiO₂

（填化學式），原料A的名稱是

鹽酸

，步驟①反應的離子方程式是

Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O

．
（2）濾液1中要加入稍過量原料B，原料B的化學式是

NaOH

，步驟②反應的子方程式是：

H⁺+OH^-=H₂O、Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O

．
（3）濾液3中的離子主要有

Na⁺、OH^-、Cl^-、HCO₃^-

．該流程中哪些物質可循環使用

NaOH、CaCO₃

．
（4）如果省去步驟①，即溶解鋁土礦是從加入原料B開始，則會對氧化鋁的提取有什么影響

若用NaOH溶液溶解鋁土礦，則有部分SiO₂溶解在NaOH溶液中生成硅酸鈉，最后使加熱制得的Al₂O₃混有SiO₂雜質

．
（5）步驟①②③中都要用到的物質分離的方法是

過濾

；步驟③后得到的沉淀要洗滌后才能灼燒，如何判斷該沉淀已洗滌完全？

取濾液3的上層清液，通入二氧化碳，若出現渾濁，則說明沉淀不完全；若不出現渾濁，則說明沉淀完全

．
（6）某化學興趣小組取A克鋁土礦用以上流程進行實驗，最終得到B克氧化鋁，則計算該鋁土礦中氧化鋁的百分含量為

B

A

×100%

（用含A、B 的計算式表示）．會導致該小組實驗結果偏大的原因可能是：

B、C

A、未對沉淀1進行洗滌             B、未對沉淀2行洗滌
C、加熱灼燒沉淀2時前后兩次稱量結果超過0.001克    D、步驟③所得混合物在分離時有液體濺出．

Answer 1

分析：（1）SiO₂和鹽酸不反應，Fe₂O₃和氫氧化鈉不反應而氧化鋁能反應，碳酸鈣煅燒生成二氧化碳，向偏鋁酸鈉中通入過量的二氧化碳可以生成氫氧化鋁沉淀．由工藝流程可知步驟③通入的為二氧化碳，生成的沉淀為氫氧化鋁，所以濾液2含有AlO₂^-．步驟②應加入氫氧化鈉，除去鐵離子，將鋁離子轉化為AlO₂^-，所以濾液1中含有Al³⁺，步驟①應為加入鹽酸，除去SiO₂；
（2）濾液①中含有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺等，應加入氫氧化鈉，除去鐵離子，將鋁離子轉化為AlO₂^-，據此書寫離子反應式；
（3）濾液3中的離子主要有Na⁺、OH^-、Cl^-、AlO₂^-，生產過程中生成的物質，可再次被利用的即可為循環物質，該反應中氫氧化鈉和碳酸鈣都是可循環利用的物質；
（4）用NaOH溶液溶解鋁土礦，則有部分SiO₂溶解在NaOH溶液中生成硅酸鈉，最后使加熱制得的Al₂O₃混有SiO₂雜質；
（5）由工業流程可知，操作①、②、③是分離固體與液體，應是過濾；步驟③后得到的沉淀要洗滌后才能灼燒，取濾液3的上層清液，通入二氧化碳，若出現渾濁，則說明沉淀不完全；若不出現渾濁，則說明沉淀完全；
（6）該鋁土礦中氧化鋁的百分含量用氧化鋁的質量除以鋁土礦的質量，會導致該小組實驗結果偏大的原因可能是未對沉淀2行洗滌，表面有雜質，加熱灼燒沉淀2時前后兩次稱量結果超過0.001克，灼燒不充分；

解答：解：由工藝流程可知步驟③通入的為二氧化碳，生成的沉淀為氫氧化鋁，所以濾液2含有AlO₂^-．步驟②應加入氫氧化鈉，所以濾液1中含有Al³⁺，步驟①應為加入鹽酸，除去SiO₂，
（1）由上述分析可知，步驟①加入鹽酸，除去SiO₂，所以原料A為鹽酸，氧化鋁與酸反應離子方程式為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，氧化鐵與鹽酸反應離子方程式為Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，殘渣的成分是和鹽酸不反應的SiO₂，
故答案為：SiO₂；鹽酸；Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
（2）步驟①加入過量鹽酸，濾液①中含有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺等，應加入氫氧化鈉，除去鐵離子，將鋁離子轉化為AlO₂^-，反應為 H⁺+OH^-=H₂O，Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，
Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：NaOH； H⁺+OH^-=H₂O、Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（3）濾液①中含有Al³⁺、Fe³⁺、Cl^-、H⁺等，加入氫氧化鈉，除去鐵離子、氫離子，將鋁離子轉化為AlO₂^-，濾液2含有AlO₂^-，Cl^-、Na⁺、，通入二氧化碳將偏鋁酸根離子轉化為氫氧化鋁，所以濾液3中的離子主要有Na⁺、OH^-、Cl^-、HCO₃^-，步驟③通入二氧化碳與AlO₂^-反應生成的沉淀為氫氧化鋁，反應化學方程式為NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃，CaCO₃

高溫  .

CaO+CO₂↑，氧化鈣和水反應生成氫氧化鈣，氫氧化鈣和碳酸氫鈉反應，
NaHCO₃+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+NaOH+H₂O，所以NaOH、CaCO₃可再次被利用，即可循環使用，
故答案為：Na⁺、OH^-、Cl^-、HCO₃^-；NaOH、CaCO₃；
（4）如果省去步驟①，即溶解鋁土礦是從加入原料B開始，用NaOH溶液溶解鋁土礦，則有部分SiO₂溶解在NaOH溶液中生成硅酸鈉，通入二氧化碳會生成硅酸沉淀，最后使加熱制得的Al₂O₃混有SiO₂雜質，
故答案為：若用NaOH溶液溶解鋁土礦，則有部分SiO₂溶解在NaOH溶液中生成硅酸鈉，最后使加熱制得的Al₂O₃混有SiO₂雜質．
（5）由工業流程可知，操作①、②、③是分離固體與液體，應是過濾；檢驗Al（OH） ₃沉淀是否完全，只要檢驗濾液3中是否含有AlO₂^-即可．取濾液3的上層清液，通入二氧化碳，若出現渾濁，則說明沉淀不完全；若不出現渾濁，則說明沉淀完全，
故答案為：過濾；取濾液3的上層清液，通入二氧化碳，若出現渾濁，則說明沉淀不完全；若不出現渾濁，則說明沉淀完全；
（6）該鋁土礦中氧化鋁的百分含量用氧化鋁的質量B除以鋁土礦的質量A，

B

A

×100%；該小組實驗結果偏大的原因可能是：
A、沉淀1為氫氧化鐵，未對沉淀1進行洗滌，導致沉淀表面附有偏鋁酸根離子，導致最終實驗結果偏小，故A錯誤；
B、沉淀2為氫氧化鋁，未對沉淀2行洗滌，表面附有其它雜質充當沉淀，導致最終實驗結果偏大，故B正確；
C、加熱灼燒沉淀2時前后兩次稱量結果超過0.001克，灼燒不充分，含有氫氧化鋁，導致最終實驗結果偏大，故C正確；
D、步驟③所得混合物在分離時有液體濺出，導致鋁的偏鋁酸根離子被濺出，導致最終實驗結果偏小，故D錯誤；
故答案為：

B

A

×100%；BC；

點評：本題以框圖題形式考查鋁的化合物的性質，清楚冶煉鋁工藝流程原理，熟練掌握“鋁三角”的相關反應是解答的關鍵，題目難度中等．