Question

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；

请回答下列问题：
(1)固体a的化学式为       ，Ⅲ中通入足量CO₂气体发生反应的离子方程式为                                                           。
(2)由Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为                                          ，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)       、冷却结晶、过滤洗涤。
(3)以1 000 kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al₂(SO₄)₃，需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84 g·cm^－1       L(保留一位小数)。
(4)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H₂SO₄的物质的量之比为       。

Answer 1

(1)SiO₂　AlO₂^－＋CO₂＋2H₂O=HCO₃^－＋Al(OH)₃↓
(2)Al₂O₃＋4H₂SO₄＋2NH₃=2NH₄Al(SO₄)₂＋3H₂O　蒸发浓缩
(3)575.4
(4)3∶10

(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。Al₂O₃溶于烧碱生成NaAlO₂溶液，在其中通入CO₂生成Al(OH)₃沉淀。
(2)Al(OH)₃分解生成Al₂O₃，Al₂O₃与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾溶液。
(3)m(Al₂O₃)＝1 000 kg×36%＝360 kg，m(H₂SO₄)＝kg＝1 037.6 kg，需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84 g·cm^－3)为＝575.4×10³ mL＝575.4 L。
(4)设制得的Al₂(SO₄)₃和NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O的物质的量都是1 mol，则
Al^3＋共3 mol，SO₄^2－共5 mol，根据铝原子和SO₄^2－守恒原理可得，加入Al₂O₃和H₂SO₄的物质的量之比为∶5＝3∶10。