Question

7．铝是一种重要的金属，在生产、生活中具有许多重要的用途，如下框图是从铝土矿中制备铝的工艺流程：

已知：①铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质；
②溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠反应，能生成硅铝酸盐沉淀，化学方程式为：2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+4H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+2H₂O+4NaOH
回答下列问题：
（1）溶解铝土矿时，发生反应的离子方程式为：2OH^-+Al₂O₃═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O．
（2）滤渣A的主要成分Fe₂O₃；硅铝酸盐沉淀写成氧化物的形式是Na₂Al₂Si₂O₈、Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂．
（3）在工艺流程第三步中，选用二氧化碳作酸化剂而不使用盐酸的原因是Al（OH）₃溶于强酸而不溶于弱酸，提高Al₂O₃的提取率_
（4）若该工厂用mkg铝土矿共制得n kg Al（假设每步反应进行完全），则铝土矿中Al₂O₃的质量分数为$\frac{5100n}{27m}$%或$\frac{1700n}{9m}$%．
（5）若将铝溶解，下列试剂中最好选用B（填编号）．
A．浓硫酸B． 稀硫酸C．稀HNO₃   D．浓HNO₃
（6）电解冶炼铝时用Na₃AlF₆作助熔剂，Na₃AlF₆是配合物，其中内界是：[AlF₆]^3-，配位数为_6．

Answer 1

分析 铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质，加入足量的氢氧化钠，氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水，只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，过滤后得滤渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；滤液用二氧化碳酸化时，将NaAlO₂完全转化为Al（OH）₃，反应的离子方程式为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；过滤得氢氧化铝沉淀，灼烧得氧化铝，电解氧化铝得单质铝，
（1）Al₂O₃是两性氢氧化物，SiO₂是酸性氧化物，二者都与强碱反应生成盐和水；
（2）Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃用碱溶的方法分开．首先除掉不反应的Fe₂O₃，根据题中已知条件②除掉Na₂SiO₃．从而生成Na₂Al₂Si₂O₈，所以滤渣有两种．氧化物的形式是：金属氧化物•非金属氧化物•水，注意活泼金属氧化物写在前，注意原子个数的比例与原化学式中相同；
（3）通入二氧化碳酸化将NaAlO₂转化成Al（OH）₃，考查了氢氧化铝溶于强酸不溶于弱酸的知识；
（4）计算质量分数时用原子守恒法解，这是关系式：2Al～Al₂O₃，已知铝的质量，可算出铝的物质的量n（Al），再利用关系式算三氧化二铝的物质的量，n（Al₂O₃）=$\frac{1}{2}$n（Al），
Al₂O₃的质量为：m=n（Al₂O₃）•M（Al₂O₃），所以Al₂O₃的质量分数为Al₂O₃的质量除以铝土矿的总质量；
（5）铁、铝遇浓硫酸、浓硝酸会钝化，稀硝酸与铝反应产生有毒气体；
（6）在配合物中，内界是配位单元，含配位键，内界是复杂离子，外界是简单离子；配位原子是提供孤对电子的原子，配位数是配位原子的数目．

解答 解：铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质，加入足量的氢氧化钠，氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水，只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，过滤后得滤渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；滤液用二氧化碳酸化时，将NaAlO₂完全转化为Al（OH）₃，反应的离子方程式为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；过滤得氢氧化铝沉淀，灼烧得氧化铝，电解氧化铝得单质铝，
（1）Al₂O₃是两性氢氧化物，SiO₂是酸性氧化物，都要与强碱反应生成盐和水，反应的离子方程式为：，
故答案为：2OH^-+Al₂O₃═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（2）由于氢氧化钠是足量的，所以Al₂O₃和SiO₂充分反应，生成Na₂SiO₃和NaAlO₂，而铝土矿的主要成分是Al₂O₃，SiO₂少量，那么生成的Na₂SiO₃少，NaAlO₂多，
发生反应2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+4H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+2H₂O+4NaOH后，滤渣有之前不反应的Fe₂O₃和生成的Na₂Al₂Si₂O₈，滤液中有NaOH、余下大量的NaAlO₂；
氧化物的形式为：金属氧化物•非金属氧化物•水，注意活泼金属氧化物写在前，则改写成氧化物的形式为：Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂，
故答案为：Fe₂O₃；Na₂Al₂Si₂O₈、Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂；
（3）从第2小题的分析可知滤液中的NaAlO₂要转化成Al（OH）₃不能用盐酸，盐酸是强酸，强酸过量后Al（OH）₃会溶解，
故答案为：Al（OH）₃溶于强酸而不溶于弱酸，提高Al₂O₃的提取率；
（4）已知铝nkg，可算出铝的物质的量，n（Al）=$\frac{1000ng}{27g/mol}$=$\frac{1000n}{27}$mol，根据原子守恒可得：2Al～Al₂O₃，则三氧化二铝的物质的量：n（Al₂O₃）=$\frac{1}{2}$n（Al），
n（Al₂O₃）=$\frac{500n}{27}$mol，所以Al₂O₃的质量为：m=n（Al₂O₃）•M（Al₂O₃）=$\frac{500n}{27}$mol×102 g•mol^-1 =$\frac{51000n}{27}$ g，所以Al₂O₃的质量分数为：$\frac{\frac{51000n}{27}g}{1000mg}$×100%=$\frac{5100n}{27m}$%或$\frac{1700n}{9m}$%，
故答案为：$\frac{5100n}{27m}$%或$\frac{1700n}{9m}$%． 
（5）因铝与浓硫酸在常温下发生钝化，加热溶解会产生有毒气体SO₂，原料利用率低；稀硝酸能溶解铝但会产生NO气体，污染空气，硝酸利用率低；而铝与稀硫酸反应速率较快，产生的H₂对空气无污染，则选稀硫酸溶解Al最好，
故答案为：B；
（6）在配合物中，内界是配位单元，含配位键，内界是复杂离子，外界是简单离子；配位原子是提供孤对电子的原子，配位数是配位原子的数目，这里的配位原子是氟原子，有6个，
故答案为：[AlF₆]^3-；6．

点评 本题考查制备方案的设计，涉及Al及其化合物的化学性质、物质分离提纯方法和基本操作的综合应用，题目难度中等，注意把握流程中发生的化学反应为解答的关键，注重信息与所学知识的结合分析解决问题，侧重知识迁移应用能力的考查．