Question

【题目】铝酸钙(mCaO·nAl2O3)是一系列由氧化钙和氧化铝在高温下烧结而成的无机化合物，被应用于水泥和灭火材料中，工业上用石灰石(主要成分为CaCO3和MgCO3)和铝土矿(主要成分是Al2O3、Fe2O3、SiO2等)制备铝酸钙的流程如图：

回答下列问题：

(1)固体B的主要成分是__(填化学式)；一系列操作包括过滤、洗涤、干燥，洗涤过程应如何操作?__。

(2)向滤液中通入CO2和NH3的顺序为__，其理由是__。

(3)溶液D转化为Al(OH)3；离子方程式是__。

(4)常温下，用适量的NH4Cl溶液浸取煅粉后，若要保持滤液中c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1，则溶液的pH应大于__[已知：Mg(OH)2的K=5×10-12]。

(5)假设上述过程每一步均完全反应，最终得到的铝酸钙(3CaO·7Al2O3)的质量刚好等于原铝土矿的质量，该铝土矿中Al的质量分数为__(计算结果保留三位有效数字)。

Answer 1

【答案】Fe2O3 向漏斗中加水至浸没固体，待水自然流尽后，重复此操作2~3次 先通NH3，后通CO2 NH3易溶于水且可提供碱性环境，更有利于吸收CO2参加反应(合理即可) Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+ 11 42.9%

【解析】

工业上用石灰石(主要成分为CaCO3和MgCO3)高温煅烧，生成煅粉的主要成分为CaO和MgO，加入NH4Cl溶液，MgO最后转化为Mg(OH)2沉淀，CaO转化为CaCl2，通入NH3、CO2后，生成CaCO3沉淀。铝土矿(主要成分是Al2O3、Fe2O3、SiO2等)中加入足量NaOH溶液，Al2O3、SiO2都发生反应，生成NaAlO2、Na2SiO3进入溶液A，Fe2O3不溶而成固体B；溶液A中加入盐酸，Na2SiO3转化为H2SiO3沉淀(固体C)，NaAlO2转化为AlCl3(溶液D)；溶液D中通入NH3或加入氨水，生成Al(OH)3沉淀和溶液E(NH4Cl)；Al(OH)3沉淀受热分解生成Al2O3，Al2O3与CaCO3高温反应生成铝酸钙。

(1)由以上分析可知，固体B的主要成分是Fe2O3；一系列操作包括过滤、洗涤、干燥，洗涤过程中，注意选择洗涤剂(难溶于水，用水洗)、加入量及操作方法，具体操作为：向漏斗中加水至浸没固体，待水自然流尽后，重复此操作2~3次。答案为：Fe2O3；向漏斗中加水至浸没固体，待水自然流尽后，重复此操作2~3次；

(2)因为CO2在水中的溶解度不大，若先通CO2，即便NH3的溶解度大，但最终生成的CaCO3也不会太多，所以应向滤液中先通入NH3，后通入CO2，因为NH3易溶于水且可提供碱性环境，更有利于吸收CO2参加反应(合理即可)。答案为：先通NH3，后通CO2；NH3易溶于水且可提供碱性环境，更有利于吸收CO2参加反应(合理即可)；

(3)溶液D中通入NH3或加入氨水，生成Al(OH)3沉淀和NH4Cl溶液，反应的离子方程式是Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+。答案为：Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+；

(4) K=5×10-12= c(Mg2+)×c2(OH-)，c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1，则c(OH-)>1×10-3mol·L-1，pH=-lgc(H+)>11。答案为：11；

(5)假设铝酸钙(3CaO·7Al2O3)为1mol，则质量为3×56+7×102=882g，原铝土矿的质量为882g，该铝土矿中Al的质量分数为=42.9%。答案为：42.9%。