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：（提示：SiO2为难溶于盐酸的固体）

请回答下列问题：

（1）固体a的化学式为________。

（2）在Ⅱ中加过量的烧碱涉及到的反应离子方程式有Fe3+ + 3OH- =Fe(OH)3↓、H+ + OH- =H2O、_________________；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)_________________________。

（4）0.2 mol·L－1的NH4Al(SO4)2溶液与0.3 mol·L－1的Ba(OH)2溶液等体积混合的离子反应方程式为_____________________________________。

（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和加入的H2SO4的物质的量之比为________。

Answer 1

【答案】SiO2 Al3+ + 4OH-= AlO2-+2H2O AlO2-＋CO2＋2H2O=HCO3-＋Al(OH)3↓ 过滤 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤 2Al3++3SO42-+3Ba2++6OH-=2Al（OH）3↓+3BaSO4↓ 3∶10

【解析】

（1）Al2O3和Fe2O3能溶于盐酸，SiO2不溶于盐酸；

（2）Ⅱ中加过量的烧碱，铝离子和过量碱反应生成偏铝酸钠和水；碳酸的酸性强于偏铝酸，故二氧化碳与偏铝酸钠生成氢氧化铝沉淀；

（3）由Ⅲ中得到滤液c的实验操作为过滤；依据从可溶性溶液中获取固体的实验方法回答；
（4）设NH4Al(SO4)2为2mol，则Ba(OH)2为3mol，溶液中含有2molNH4+、2molAl3+、4molSO42-，Al3+完全沉淀时，恰好需要3mol Ba(OH)2，此时发生2 NH4Al(SO4)2+3 Ba(OH)2=（NH4）2SO4+3BaSO4↓+2Al（OH）3↓；
（5）设制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)212H2O的物质的量都是1 mol，然后依据铝离子与硫酸根的关系回答即可。

（1）铝土矿中Al2O3和Fe2O3能溶于盐酸，SiO2不溶于盐酸，所以固体a的化学式为SiO2；

故答案为：SiO2；

（2）Al2O3和Fe2O3溶于过量盐酸生成AlCl3、FeCl3，因此在Ⅱ中加过量的烧碱涉及到的反应离子方程式有Fe3+ + 3OH- =Fe(OH)3↓、H+ + OH- =H2O、Al3+ + 4OH-= AlO2-+2H2O；Ⅲ中通入足量CO2气体生成Al(OH)3沉淀，反应的离子方程式为：AlO2-＋CO2＋2H2O=HCO3-＋Al(OH)3↓。

故答案为：Al3+ + 4OH-= AlO2-+2H2O ；AlO2-＋CO2＋2H2O=HCO3-＋Al(OH)3↓；

（3）由Ⅲ中得到滤液c的实验操作为过滤；从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤。

故答案为：过滤；蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤；

（4）设NH4Al(SO4)2为2mol，则Ba(OH)2为3mol，溶液中含有2molNH4+、2molAl3+、4molSO42-，Al3+完全沉淀时，恰好需要3mol Ba(OH)2，此时发生2 NH4Al(SO4)2+3 Ba(OH)2=（NH4）2SO4+3BaSO4↓+2Al（OH）3↓，离子方程式为2Al3++3SO42-+3Ba2++6OH-=2Al（OH）3↓+3BaSO4↓。

故答案为：2Al3++3SO42-+3Ba2++6OH-=2Al（OH）3↓+3BaSO4↓。

（5）设制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)212H2O的物质的量都是1mol，则对应的Al3+共3mol，SO42-共5mol，根据Al3+和SO42-守恒可知加入Al2O3和H2SO4的物质的量之比为:5=3:10。