Question

15．铝土矿（主要成分为Al₂O₃，还含有SiO₂、Fe₂O₃）是工业上制备氧化铝的主要原料．工业上提取氧化铝的工艺流程如下：

①沉淀 A、B的成分分别是SiO₂、Fe（OH）₃；步骤②中的试剂a是NaOH溶液；
②试写出步骤③中发生反应的离子方式CO₂+OH^-=HCO₃^-、CO₂+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
③试写出步骤③中滤液分解反应的方程式2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
④简述氯化铝溶液经过结晶得到氯化铝晶体的实验条件是将溶液在较低温度下加热蒸发析出晶体，同时通入氯化氢气体防止水解．

Answer 1

分析 铝土矿的主要成分是Al₂O₃，含SiO₂、Fe₂O₃等杂质，由流程可知，加足量盐酸过滤得到沉淀A为SiO₂，溶液甲中含Al³⁺、Fe³⁺，加过量NaOH溶液过滤得到沉淀B为Fe（OH）₃，溶液乙中含偏铝酸根离子，通入过量二氧化碳后过滤得到Al（OH）₃，Al（OH）₃受热分解得氧化铝，
①氧化铝是两性氧化物，既溶液强酸又溶于强碱．Fe₂O₃只溶于强酸，不溶于碱，SiO₂只溶于强碱，不溶于酸；①为盐酸时，则在①得到滤液中含有铝离子、铁离子，滤渣为二氧化硅；②为氢氧化钠溶液，将铁离子变成氢氧化铁沉淀除去铁离子，将铝离子转化为偏铝酸根，进入乙；滤液②含有AlO₂^-，步骤②应加入氢氧化钠，除去铁离子，将铝离子转化为AlO₂^-；
②滤液乙含有OH^-、AlO₂^-，步骤③通入二氧化碳，与OH^-反应生成碳酸氢根离子，与AlO₂^-反应生成的沉淀为氢氧化铝；
③步骤③中滤液为碳酸氢钠溶液，受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳；
④氯化铝溶液中铝离子水解，所以从氯化铝溶液得到氯化铝晶体抑制铝离子的水解．

解答 解：①氧化铝是两性氧化物，既溶液强酸又溶于强碱．Fe₂O₃只溶于强酸，不溶于碱，SiO₂只溶于强碱，不溶于酸；①为盐酸时，则在①得到滤液中含有铝离子、铁离子，滤渣为二氧化硅；②为氢氧化钠溶液，将铁离子变成氢氧化铁沉淀除去铁离子，将铝离子转化为偏铝酸根，进入乙，步骤①加入过量盐酸，滤液①中含有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺等，应加入氢氧化钠，除去铁离子，将铝离子转化为AlO₂^-，反应为 H⁺+OH^-=H₂O，Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：SiO₂；Fe（OH）₃；NaOH溶液；    
②步骤③中与OH^-反应生成碳酸氢根离子：CO₂+OH^-=HCO₃^-，四羟基合铝酸钠溶液与二氧化碳反应，生成氢氧化铝和碳酸氢钠，反应方程式为Na〔Al（OH）₄〕+CO₂═Al（OH）₃↓+NaHCO₃，离子反应为：CO₂+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：CO₂+OH^-=HCO₃^-；CO₂+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
③步骤③中滤液为碳酸氢钠溶液，受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，反应方程式为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
故答案为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
④氯化铝溶液中铝离子水解，所以从氯化铝溶液得到氯化铝晶体抑制铝离子的水解，实验条件是将溶液在较低温度下加热蒸发析出晶体，同时通入氯化氢气体防止水解，
故答案为：将溶液在较低温度下加热蒸发析出晶体，同时通入氯化氢气体防止水解．

点评 本题考查物质的分离、提纯的方法及基本操作的综合应用，为高频考点，把握流程中物质的性质、发生的反应、混合物分离方法为解答的关键，侧重分析、推断及实验能力的综合考查，题目难度不大．