Question

1．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1mol•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500mL容量瓶．
（2）请写出溶解过程中加快溶解速率和提高浸出率的两点措施：适当升温，充分搅拌、延长溶解时间等．
（3）沉淀1的主要成份为：SiO₂．
（4）生成沉淀2的离子反应方程式为Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓．
（5）写出NaHCO₃的一种用途作发酵粉或制纯碱．
（6）电解Al₂O₃制备Al的反应方程式为2Al₂O₃$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Al+3O₂↑．

Answer 1

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）增大反应物的接触面、升高温度、提高反应物浓度等都可以提高反应速率，据此答题；
（3）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；
（4）沉淀2为加入烧碱后的沉淀，所以沉淀为氢氧化物；
（5）NaHCO₃可作发酵粉或制纯碱；
（6）根据电解原理可知电解Al₂O₃制备Al时阴极生成Al，阳极生成O₂．

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）增大反应物的接触面、升高温度、提高反应物浓度等都可以提高反应速率，所以要加快溶解速率和提高浸出率可以适当升温、充分搅拌、延长溶解时间等，
故答案为：适当升温、充分搅拌、延长溶解时间等；
（3）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；
（4）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↓；
（5）NaHCO₃可作发酵粉或制纯碱，故答案为：作发酵粉或制纯碱；
（6）根据电解原理可知电解Al₂O₃制备Al时阴极生成Al，阳极生成O₂，电解的反应方程式为2Al₂O₃$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Al+3O₂↑，故答案为：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Al+3O₂↑．

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．