Question

从铝土矿（主要成分是Al₂O₃，含SiO₂、Fe₂O₃、MgO等杂质）中提取氧化铝的两种工艺流程如下：

请回答下列问题：
（1）向滤液Y中通入少量CO₂时生成的沉淀只有F，发生反应的离子方程式为：

 

；判断OH^-、SiO₃^2-、AlO₂^-结合H⁺能力由强到弱的顺序为：

 

．
（2）流程乙加入烧碱后生成SiO₃^2-的离子方程式为

 

．
（3）欲检验滤液D中是否含有Fe³⁺，请写出检验该离子的实验操作：

 

．
（4）滤液E、K中相同的溶质为

 

（填化学式），将该物质的溶液加入到偏铝酸钠溶液中生成白色沉淀，写出该反应的离子方程式

 

．

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：铝土矿主要成分是Al₂O₃，含SiO₂、Fe₂O₃、MgO等杂质，向铝土矿中加入分离HCl，发生反应Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O、MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，SiO₂和稀盐酸不反应，所以固体A是SiO₂，滤液B中含有HCl、AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂，向滤液B中加入过量NaOH溶液，发生反应HCl+NaOH=NaCl+H₂O、AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O、MgCl₂+2NaOH=Mg（OH）₂↓+2NaCl、FeCl₃+3NaOH=Fe（OH）₃↓+3NaCl，所以沉淀C的成分是Mg（OH）₂、Fe（OH）₃，滤液D中含有NaCl、NaAlO₂，向滤液D中通入过量二氧化碳，发生反应AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，滤液E中成分是NaHCO₃和NaCl，沉淀F是Al（OH）₃，灼烧氢氧化铝得到Al₂O₃；
向铝土矿中加入过量NaOH溶液，二氧化硅和氧化铝都与NaOH溶液反应，反应方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，所以利用Y中成分是NaAlO₂、Na₂SiO₃，Fe₂O₃、MgO和NaOH溶液不反应，所以固体X是Fe₂O₃、MgO，向滤液Y中通入过量二氧化碳，发生反应AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-、SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-，则沉淀Z是H₂SiO₃，利用K是NaHCO₃，灼烧氢氧化铝得到Al₂O₃，据此分析解答．

解答： 解：铝土矿主要成分是Al₂O₃，含SiO₂、Fe₂O₃、MgO等杂质，向铝土矿中加入分离HCl，发生反应Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O、MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，SiO₂和稀盐酸不反应，所以固体A是SiO₂，滤液B中含有HCl、AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂，向滤液B中加入过量NaOH溶液，发生反应HCl+NaOH=NaCl+H₂O、AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O、MgCl₂+2NaOH=Mg（OH）₂↓+2NaCl、FeCl₃+3NaOH=Fe（OH）₃↓+3NaCl，所以沉淀C的成分是Mg（OH）₂、Fe（OH）₃，滤液D中含有NaCl、NaAlO₂，向滤液D中通入过量二氧化碳，发生反应AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，滤液E中成分是NaHCO₃和NaCl，沉淀F是Al（OH）₃，灼烧氢氧化铝得到Al₂O₃；
向铝土矿中加入过量NaOH溶液，二氧化硅和氧化铝都与NaOH溶液反应，反应方程式为Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，所以利用Y中成分是NaAlO₂、Na₂SiO₃，Fe₂O₃、MgO和NaOH溶液不反应，所以固体X是Fe₂O₃、MgO，向滤液Y中通入过量二氧化碳，发生反应AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-、SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-，则沉淀Z是H₂SiO₃，利用K是NaHCO₃，灼烧氢氧化铝得到Al₂O₃，
（1）向滤液Y中通入少量CO₂时生成的沉淀只有F，发生反应的离子方程式为：2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-，电解质电离出氢离子越容易，则其相应的离子结合氢离子越难，电离出氢离子由强到弱的顺序是H₂SiO₃＞HAlO₂＞H₂O，则结合氢离子由强到弱的顺序为OH^-、AlO₂^-、SiO₃^2-，
故答案为：2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-； OH^-、AlO₂^-、SiO₃^2-；
（2）二氧化硅属于酸性氧化物，能和NaOH溶液反应生成硅酸钠和水，离子方程式为SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，故答案为：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（3）铁离子和KSCN溶液反应生成络合物硫氰化铁，溶液呈血红色，其检验方法为取滤液D少许于试管中，向试管中滴加2滴KSCN溶液，若溶液变为红色说明滤液中含有Fe³⁺，若无明显变化则无Fe³⁺，故答案为：取滤液D少许于试管中，向试管中滴加2滴KSCN溶液，若溶液变为红色说明滤液中含有Fe³⁺，若无明显变化则无Fe³⁺；
（4）通过以上分析知，E、K中相同溶质为NaHCO₃，碳酸氢钠和偏铝酸钠发生双水解反应生成氢氧化铝和碳酸钠，离子方程式为HCO₃^-+AlO₂^-+H₂O=CO₃^2-+Al（OH）₃↓，故答案为：NaHCO₃； HCO₃^-+AlO₂^-+H₂O=CO₃^2-+Al（OH）₃↓．

点评：本题考查混合物的分离和提纯，侧重考查学生分析问题能力、实验操作能力，能从整体上把握元素化合物知识，知道流程图中各个过程发生的反应，会正确书写相应的化学方程式及离子方程式，题目难度中等．