Question

15．工业上用铝土矿（主要成分为A1₂O₃，还有少量的Fe₂O₃、SiO₂等杂质）提取氧化铝作冶炼铝的原料，提取的操作过程如下：

（1）I和II步骤中分离溶液和沉淀的操作是：过滤；沉淀M中除含有泥沙及SiO₂外，一定还含有Fe₂O₃；I中含铝元素反应的化学方程式为：A1₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O
（2）若向滤液X中通足量的CO2气体，则滤液Y中含碳元素的溶质的化学式为NaHCO₃，滤液X生成Al（OH）₃的离子方程式为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）实验室里常用AlCl₃溶液加氨水来制取Al（OH）₃，请写出该反应的离子方程式Al³⁺+3NH₃．H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（4）向20mL，0.5mol•L^-1的AlCl₃溶液中滴入2mol•L^-1NaOH溶液时，假设溶液中有0.39g Al（OH）₃沉淀，则此时用去NaOH溶液体积为7.5 或17.5mL．

Answer 1

分析 铝土矿中含有A1₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂等，NaOH和A1₂O₃、SiO₂反应生成可溶性盐，Fe₂O₃不溶于NaOH，所以M的成分主要是Fe₂O₃，滤液中的成分为Na₂SiO₃、NaAlO₂，向滤液X中通入二氧化碳，并控制一定反应条件，得到Al（OH）₃，滤液Y中含有碳酸氢钠、硅酸钠，Al（OH）₃加热分解生成氧化铝，所以N的成分是A1₂O₃，结合基本操作方法、物质的性质分析解答，
（1）分离不溶性固体和溶液的方法为过滤，通过以上分析知，M中除了含有泥沙外，还含有Fe₂O₃，固体N是Al₂O₃，I中含铝元素反应是氧化铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水；
（2）分析可知滤液X成分为Na₂SiO₃、NaAlO₂，通足量的CO₂气体，和硅酸钠反应生成白色沉淀硅酸，和偏铝酸钠溶液反应生成氢氧化铝沉淀，溶质生成碳酸氢钠溶液；
（3）氢氧化铝属于两性化合物，能溶于强酸和强碱，但不能溶于弱碱，所以用氯化铝溶液和氨水制取反应生成氢氧化铝和氯化铵；
（4）沉淀的质量为最大值的一半时，对应的氢氧化钠的体积有两个，一个是氢氧化钠不足量生成0.39g沉淀所用的体积，一个是有部分沉淀溶解所需氢氧化钠的体积，依据化学方程式定量关系计算．

解答 解：铝土矿中含有A1₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂等，NaOH和A1₂O₃、SiO₂反应生成可溶性盐，Fe₂O₃不溶于NaOH，所以M的成分主要是Fe₂O₃，滤液中的成分为Na₂SiO₃、NaAlO₂，向滤液X中通入二氧化碳，并控制一定反应条件，得到Al（OH）₃，滤液Y中含有碳酸氢钠、硅酸钠，Al（OH）₃加热分解生成氧化铝，所以N的成分是A1₂O₃，
（1）分离不溶性固体和溶液的方法为过滤，所以Ⅰ和Ⅱ步骤中分离溶液和沉淀的操作是；过滤，通过以上分析知，M中除了含有泥沙外，还含有Fe₂O₃，固体N是Al₂O₃，I中含铝元素反应是氧化铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水，反应的化学方程式为：A1₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O
故答案为：过滤；Fe₂O₃；A1₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；
（2）若向滤液X成分为Na₂SiO₃、NaAlO₂，通足量的CO₂气体，和硅酸钠反应生成白色沉淀硅酸，和偏铝酸钠溶液反应生成氢氧化铝沉淀，溶质生成碳酸氢钠溶液，则滤液Y中含碳元素的溶质为NaHCO₃，滤液X生成Al（OH）₃的反应离子方程式为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：NaHCO₃；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）氢氧化铝属于两性化合物，能溶于强酸和强碱，但不能溶于弱碱，所以用氯化铝溶液和氨水制取氢氧化铝，反应方程式为：AlCl₃+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄Cl，反应的离子方程式为：Al³⁺+3NH₃．H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案为：Al³⁺+3NH₃．H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（4）当沉淀的质量为最大值的一半时，对应的氢氧化钠的体积有两个，一个是氢氧化钠不足量生成0.39g沉淀所用的体积，一个是有部分沉淀溶解所需氢氧化钠的体积．
①氯化铝过量生成沉淀所用氢氧化钠的体积：
设生成0.39g沉淀需氢氧化钠的体积为xL．
AlCl₃+3NaOH=Al（OH）₃↓+3NaCl
      3mol               78g
  2mol/L×xL            0.39g
x=0.0075
所以氢氧化钠的体积为7.5mL；
②部分沉淀溶解所需氢氧化钠的体积
设生成0.78g沉淀所需氢氧化钠的体积为yL；
AlCl₃+3NaOH=Al（OH）₃↓+3NaCl
      3mol              78g
  2mol/L×yL          0.78g
 y=0.015L=15mL；
设生成的0.78g沉淀有0.39g溶解所需氢氧化钠的体积为zL．
Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O
78g       1mol
0.39g 2mol/L×z L
z=0.0025L=2.5mL
所以当生成的沉淀又有0.39g 溶解时所用的氢氧化钠的体积为 15mL+2.5mL=17.5 mL
故答案为：7.5 或17.5．

点评 本题以铝为载体考查了工艺流程、分析问题的能力、计算能力等，明确NaOH溶液逐滴加入到AlCl₃溶液中的反应情况．明确物质的性质是解本题关键，根据物质间的反应来分析解答，会从整体上分析问题，并迁移基础知识解答，题目难度中等．