Question

铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界主要以化合态形式存在于氧化铝中．铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量 SiO₂、Fe₂O₃等杂质，冶炼金属铝很重要的一个过程是Al₂O₃的提纯．由于Al₂O₃是两性氧化物，而杂质SiO₂是酸性氧化物，Fe₂O₃是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯氧化铝的方案．
方案一：碱熔法

讨论回答下列问题：
（1）写出步骤①中可能发生反应的离子方程式：

 

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（2）步骤③中不用盐酸（或H₂SO₄）酸化的理由

 

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方案二：酸溶法

讨论回答下列问题：
（1）写出①中可能发生反应的离子方程式：

 

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（2）步骤②中不用氨水沉淀Fe³⁺的原因：

 

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Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：方案一碱熔法：铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量 SiO₂、Fe₂O₃等杂质步骤①用氢氧化钠溶解，发生的反应有Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O，过滤得到滤液为含AlO₂^-，SiO₃^2-的离子的溶液，再通入过量的二氧化碳生成氢氧化铝的沉淀，再灼烧生成氧化铝，最后电解得到铝单质；
方案二酸溶法：铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量 SiO₂、Fe₂O₃等杂质步骤①用盐酸溶解，发生的反应有Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O，Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，过滤得到滤液为含三价铝和三价铁的离子的溶液，再通入过量的氢氧化钠生成偏铝酸钠溶液甲，再通入过量的二氧化碳生成氢氧化铝的沉淀，再灼烧生成氧化铝，最后电解得到铝单质，以此解题．

解答： 解：方案一碱熔法：铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量 SiO₂、Fe₂O₃等杂质步骤①用氢氧化钠溶解，发生的反应有Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O，过滤得到滤液为含AlO₂^-，SiO₃^2-的离子的溶液，再通入过量的二氧化碳生成氢氧化铝的沉淀，再灼烧生成氧化铝，最后电解得到铝单质；
（1）步骤①中可能发生反应的离子方程式为：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O，故答案为：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（2）因为偏铝酸钠与酸反应生成的Al（OH）₃具有两性，可继续溶于强酸，不易控制酸的量并且CO₂廉价而且生成的副产物NaHCO₃用途广泛，经济效益好，所以步骤③中不用盐酸（或H₂SO₄）酸化，
故答案为：因为①AlO₂^-与酸反应生成的Al（OH）₃具有两性，可溶于强酸，不易控制酸的量，②CO₂廉价而且生成的副产物NaHCO₃用途广泛，经济效益好；
方案二酸溶法：铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量 SiO₂、Fe₂O₃等杂质步骤①用盐酸溶解，发生的反应有Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O，Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，过滤得到滤液为含三价铝和三价铁的离子的溶液，再通入过量的氢氧化钠生成偏铝酸钠溶液甲，再通入过量的二氧化碳生成氢氧化铝的沉淀，再灼烧生成氧化铝，最后电解得到铝单质；
（1）①中可能发生反应的离子方程式：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O，Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，故答案为：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O，Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）因为Al（OH）₃只能溶于强碱，不能溶于氨水，不能将Fe（OH）₃和Al（OH）₃分离，所以步骤②中不用氨水沉淀Fe³⁺，
故答案为：Al（OH）₃只能溶于强碱，不能溶于氨水，不能将Fe（OH）₃和Al（OH）₃分离．

点评：本题主要考查了元素化合物中金属铝、铁的性质，解题时不仅需熟知物质间的反应原理，还需灵活运用于实验的设计，题目难度不大．