Question

19．铝硅合金材料性能优良．铝土矿（含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）干法制取该合金的工艺如下：

（1）若湿法处理铝土矿，用强酸浸取时，所得溶液中的金属阳离子有Al³⁺、Fe³⁺．
（2）焙烧除铁反应：4（NH₄）₂SO₄+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₄Fe（SO₄）₂+3H₂O+6NH₃↑（Al₂O₃部分发生类似反应）．氧化物转化为硫酸盐的百分率与温度的关系如图，最适宜焙烧温度为300℃．指出气体Ⅰ的用途制氮肥、用硫酸吸收气体（氨气）循环到焙烧过程中（任写一种）．

（3）操作①包括：加水溶解、过滤．若所得溶液中加入过量NaOH溶液，含铝微粒发生反应的离子方程式为Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（4）用焦炭还原SiO₂、Al₂O₃会产生中间体SiC、Al₄C₃，任写一个高温下中间体又与Al₂O₃反应生成铝、硅单质的化学方程式Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Al+3CO↑或3SiC+Al₂O₃=3Si+2Al+3CO↑．

Answer 1

分析 铝土矿（含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）加硫酸铵焙烧，Fe₂O₃转化为NH₄Fe（SO₄）₂同时生成氨气，则气体I为氨气，固体II加水溶解、过滤，滤渣为SiO₂和Al₂O₃，操作①为溶解、过滤，用焦炭在高温条件下还原SiO₂、Al₂O₃得到硅铝熔体，再加纯铝搅拌，得到硅铝合金，以此来解答．

解答 解：（1）铝土矿中的氧化铝和氧化铁能溶于强酸生成Al³⁺、Fe³⁺，另外还有剩余的H⁺，所以溶液中的金属阳离子有Al³⁺、Fe³⁺，
故答案为：Al³⁺、Fe³⁺；
（2）焙烧时尽可能是氧化铁反应，而氧化铝不反应，由图可知在300℃时，氧化铁转化为硫酸盐的百分率很高，而氧化铝转化为硫酸盐的百分率最低，所以最适宜焙烧温度为300℃；气体Ⅰ为氨气，氨气可以用于制氮肥，也可以用硫酸吸收来备硫酸铵循环到焙烧过程中，
故答案为：300℃；制氮肥、用硫酸吸收气体（氨气）循环到焙烧过程中；
（3）由流程分析可知，操作①包括：加水溶解、过滤；溶液中含有铝离子与氢氧根离子生成偏铝酸根离子，其反应的离子方程式为Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：过滤；Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（4）在高温条件下，Al₄C₃与Al₂O₃反应生成Al和CO，其反应的方程式为Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Al+3CO↑或 3SiC+Al₂O₃=3Si+2Al+3CO↑，
故答案为：Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Al+3CO↑或 3SiC+Al₂O₃=3Si+2Al+3CO↑．

点评 本题考查了物质分离和提纯基本操作，为高频考点，把握流程中发生的化学反应为解答的关键，需要注意题干信息与所学知识的结合，侧重知识迁移应用能力的考查，本题的易错点是（4）中方程式的书写和配平，题目难度中等．