Question

某探究小组在实验室中用铝土矿（主要成分为Al₂O₃，还含有Fe₂O₃、SiO₂）冶炼铝．回答下列问题：

（1）在实验中需用1.0mol?L^-1的NaOH溶液480mL，配制该溶液已有下列仪器：托盘天平（砝码）、胶头滴管、药匙、玻璃棒、量筒、烧杯，还缺少的玻璃仪器是

 

．
（2）沉淀1的主要成份为：

 

（3）生成沉淀2的离子反应方程式为

 

（4）电解Al₂O₃制备Al阴极反应式为

 

．
（5）甲同学在实验室中用图2装置制备CO₂气体，并通入滤液B中制备Al（OH）₃时，结果没有产生预期现象．
乙同学分析认为甲同学通入CO₂不足是导致实验失败的原因之一，你认为乙的判断依据是什么？请用离子方程式解释其原因：

 

．
（6）将Al₂O₃溶于KOH溶液，再加入过量的浓硫酸可得到明矾溶液，从明矾溶液中获取明矾晶体的基本操作步骤为：

 

，

 

，过滤，洗涤，干燥．
（7）若铝土矿中Al₂O₃的含量为51%，100g 铝土矿利用上述生产流程提取出Al₂O₃后再用于第（6）小问中方法制备明矾，理论上最多可生产

 

mol  KAl（SO₄）₂?12H₂O．（提示：Al₂O₃的摩尔质量为102g/mol ）

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：SiO₂和盐酸不反应，Fe₂O₃和氢氧化钠不反应而氧化铝能，该工艺流程原理为：铝土矿加盐酸，得到滤液A中含有铝离子、铁离子，沉淀1为二氧化硅，A溶液加入过量氢氧化钠溶液，除去铁离子，将铝离子转化为偏铝酸根，进入滤液B中，通入二氧化碳，将偏铝酸根转化为氢氧化铝沉淀，加热分解得氧化铝，电解氧化铝得到铝，
（1）依据一定物质的量浓度溶液的配制方法以及仪器的选择回答即可，
（2）铝土矿可以看做Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成，铝土矿加过量盐酸溶解后，Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，而SiO₂和HCl不反应，不能溶解，不溶物为SiO₂；
（3）沉淀2为加入烧碱后的沉淀，所以沉淀为氢氧化物；
（4）根据电解原理可知阴极生成Al，阳极生成O₂，以此书写电极反应式；
（5）二氧化碳不足量时，只发生CO₂和NaOH的反应；
（6）从溶液中获得晶体的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（7）根据铝守恒来计算．

解答： 解：SiO₂和盐酸不反应，Fe₂O₃和氢氧化钠不反应而氧化铝能，该工艺流程原理为：铝土矿加入盐酸，得到滤液A中含有铝离子、铁离子，沉淀1为二氧化硅，A溶液加入过量氢氧化钠溶液，除去铁离子，将铝离子转化为偏铝酸根，进入滤液B中，通入二氧化碳，将偏铝酸根转化为氢氧化铝沉淀，加热分解得氧化铝，电解氧化铝得到铝，
（1）在实验中需用1mol?L^-1的NaOH溶液480mL，但是实验室中无480mL的容量瓶，依据“大而近”的仪器选择原则，故应选取500mL容量瓶，配制该溶液需要溶解固体，故还需要烧杯，故答案为：500mL容量瓶；
（2）铝土矿加过量盐酸溶解，Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，反应方程式分别为：Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不与盐酸反应，所以沉淀B为不溶物SiO₂；
故答案为：SiO₂；
（3）滤液A中含有的阳离子有Fe³⁺、Al³⁺、H⁺，加入过量烧碱，氢离子和氢氧化钠反应生成水，铁离子和铝离子都和氢氧化钠反应生成氢氧化物沉淀，氢氧化铝易溶于氢氧化钠溶液中生成偏铝酸根离子，
所以沉淀2的成分是氢氧化铁，生成氢氧化铁的反应方程式为：Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓；
故答案为：Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓；
（4）根据电解原理可知阴极生成Al，电极方程式为Al³⁺+3e^-=Al，故答案为：Al³⁺+3e^-=Al；
（5）滤液中含有过量的NaOH，二氧化碳不足量时，先发生CO₂和NaOH的反应，所以该同学解释合理，离子方程式为2OH^-+CO₂=CO₃^2-+H₂O，故答案为：合理；2OH^-+CO₂=CO₃^2-+H₂O；
（6）从溶液中获得晶体的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（7）Al₂O₃～2KAl（SO₄）₂?12H₂O
  102      2mol
100g×51%   n
n=

100g×51%×2mol

102

=1mol；
故答案为：1．

点评：本题主要考查了元素化合物中金属铝、铁的性质，解题时不仅需熟知物质间的反应原理，还需灵活运用于实验的设计，题目难度不大．