Question

2．铝是现今人类生产生活中使用广泛性仅次于铁的重要金属．工业上常以“钒土矿”为原料来冶炼金属铝．已知：钒土的主要成分是Al₂O₃（其中含有Fe₂O₃、SiO₂等杂质）．为了检测某“钒土矿”样中Al₂O₃的含量，进行了如下实验过程：
①取矿样10.0g加入过量稀盐酸溶解（假定其他未知成分的杂质都不溶于盐酸，也不和盐酸反应），过滤弃去不溶残渣．
②将滤液稀释并在250mL容量瓶中定容后，取25.0mL逐滴滴加2.5mol•L^-1的NaOH溶液，得到如图所示的变化关系．请根据有关数据回答下列问题：
（1）写出滴加NaOH溶液0～3mL时发生反应的离子方程式：H⁺+OH^-=H₂O．
（2）最后所得不溶于NaOH溶液的沉淀的化学式为Fe（OH）₃，其物质的量为2.5×10^-3mol．
（3）该钒土矿样中Al₂O₃的质量分数为76.5%．
（4）用10.0t“钒土矿”样提纯所得的Al₂O₃（提纯过程的损耗忽略不计）进行电解，理论上在阴 极（填“阴”，“阳”）最多可制得金属铝4.05tt．

Answer 1

分析 钒土的主要成分是Al₂O₃（其中含有Fe₂O₃、SiO₂等杂质），用过量稀盐酸溶解得AlCl₃、FeCl₃、HCl溶液，以及不溶残渣SiO₂，向滤液中加氢氧化钠溶液，氢氧化钠先与盐酸反应，盐酸被完全中和后，AlCl₃、FeCl₃与氢氧化钠反应生成Al（OH）₃、Fe（OH）₃，再加氢氧化钠溶液，Al（OH）₃溶解，Al（OH）₃与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，最后所得不溶于NaOH溶液的沉淀为Fe（OH）₃，根据图象中用去的氢氧化钠溶液的体积进行计算，结合电解原理分析答题．

解答 解：钒土的主要成分是Al₂O₃（其中含有Fe₂O₃、SiO₂等杂质），用过量稀盐酸溶解得AlCl₃、FeCl₃、HCl溶液，以及不溶残渣SiO₂，向滤液中加氢氧化钠溶液，氢氧化钠先与盐酸反应，盐酸被完全中和后，AlCl₃、FeCl₃与氢氧化钠反应生成Al（OH）₃、Fe（OH）₃，再加氢氧化钠溶液，Al（OH）₃溶解，Al（OH）₃与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，最后所得不溶于NaOH溶液的沉淀为Fe（OH）₃，
（1）滴加NaOH溶液0～3mL时，盐酸与氢氧化钠发生中和反应，反应的离子方程式为H⁺+OH^-=H₂O，
故答案为：H⁺+OH^-=H₂O；
（2）25.0mL样品溶液中，根据上面的分析可知，最后所得不溶于NaOH溶液的沉淀的化学式为 Fe（OH）₃，根据图象可知Al（OH）₃～NaOH～NaAlO₂，用于溶解氢氧化铝的氢氧化钠溶液的体积为6mL，所以生成氢氧化铝用去的氢氧化钠溶液的体积为18mL，滴加NaOH溶液0～3mL时，氢氧化钠与盐酸反应，所以与铁离子反应生成氢氧化铁用去的氢氧化钠溶液的体积为24mL-3mL-18mL=3mL，根据Fe（OH）₃～3NaOH，Fe（OH）₃物质的量为$\frac{2.5mol•{L}^{-1}×3mL}{3}$=2.5×10^-3mol，
故答案为：Fe（OH）₃；2.5×10^-3mol； 
（3）25.0mL样品溶液中，根据图象可知Al（OH）₃～NaOH～NaAlO₂，用于溶解氢氧化铝的氢氧化钠溶液的体积为6mL，则n（Al）=6×10^-3L×2.5mol•L^-1=0.015mol，所以该钒土矿样中Al₂O₃的质量分数为$\frac{\frac{0.015mol}{2}×102g/mol×\frac{250mL}{25mL}}{10.0g}$×100%=76.5%，
故答案为：76.5%；
（4）电解Al₂O₃，阳极上氧离子失去电子得氧气，阴极上铝离子得电子生成铝，根据铝元素守恒可知，10.0t“钒土矿”最多可制得金属铝的质量为$10.0t×76.5%×\frac{54}{102}$=4.05t，
故答案为：阴；4.05t．

点评 本题为生产工艺流程题，涉及电解、计算等问题，题目较为综合，做题时注意仔细审题，从题目中获取关键信息，本题难度中等．