Question

【题目】铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al2(SO4)3和铵明矾晶体[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如图所示：

请回答下列问题：

（1）固体a的化学式为________。

（2）写出Ⅱ中加过量的烧碱涉及到的反应离子方程式______________、_____________；Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为_________________。

（3）由Ⅲ中得到滤液c的实验操作为__________，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为(填操作名称)________、冷却结晶、过滤洗涤。

（4）滤液c显________性，日常生活中常用其溶质来________________（任写一点）；

（5）若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1，则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为________。

Answer 1

【答案】 SiO2 Al3+ + 4OH-=== AlO+2H2O Fe3+ + 3OH- ===Fe(OH)3↓ AlO＋CO2＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓ 过滤 蒸发浓缩 碱 发酵粉（合理即给分） 3∶10

【解析】试题分析：本题以铝土矿为原料制取Al2（SO4）3和NH4Al（SO4）2·12H2O的工艺流程为载体，考查流程的分析，方程式的书写，物质的分离提纯，化学计算。第I步，加入稀盐酸后铝土矿中Al2O3、Fe2O3溶解生成AlCl3、FeCl3，SiO2不反应且SiO2不溶于水，固体a为SiO2；第II步，向滤液中加入过量烧碱，FeCl3与NaOH反应生成红褐色固体Fe（OH）3和NaCl，AlCl3与过量NaOH反应生成NaCl、NaAlO2和H2O；第III步，向滤液中通入足量CO2，CO2与NaAlO2溶液反应生成Al（OH）3和NaHCO3；第IV步，Al（OH）3受热分解生成Al2O3和H2O；第V步，Al2O3与足量稀硫酸反应生成Al2（SO4）3和H2O，然后向溶液中通入NH3制得铵明矾溶液。

（1）根据上述分析，固体a为难溶于盐酸的二氧化硅，固体a的化学式为SiO2。

（2）II中加入过量的烧碱涉及到的反应离子方程式为Al3++4OH-=AlO2-+2H2O、Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓。III中通入足量CO2气体发生反应的化学方程式为CO2+NaAlO2+2H2O=Al（OH）3↓+NaHCO3，离子方程式为CO2+AlO2-+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-。

（3）III中反应得到难溶于水的Al（OH）3和NaHCO3溶液，得到滤液c的实验操作为过滤。从铵明矾溶液中获得NH4Al（SO4）2·12H2O的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤。

（4）滤液c为NaHCO3溶液，NaHCO3溶液呈碱性。日常生活中常用NaHCO3作发酵粉等。

（5）铵明矾与硫酸铝物质的量之比为1:1，则n（Al3+）：n（SO42-）=3：5，Al3+全部来自铝土矿中的Al2O3，SO42-全部来自H2SO4，根据Al和SO42-守恒，投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4物质的量之比为：5=3：10。