Question

15．工业上从铝土矿（主要成分是Al₂O₃，还含有SiO₂、Fe₂O₃等杂质）中提取铝可采用如图工艺流程（反应条件已经省略）：

请回答下列问题：
（1）图中（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）步骤中涉及分离溶液与沉淀的实验方法是过滤（填操作名称）．
（2）Al₂O₃是两性氧化物，SiO₂是酸性氧化物，Fe₂O₃是碱性氧化物，根据它们的性质，判断固体B的成分是SiO₂（填化学式）．
（3）Fe₂O₃和盐酸反应的化学方程式是Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，沉淀C的化学式是Fe（OH）₃．
（4）如果溶液D中通入“过量CO₂”，改成通入“过量HCl”可以吗？为什么？不可以，因为产生Al（OH）₃和过量盐酸反应．
（5）请写出上述流程中涉及的氧化还原反应的化学方程式：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Al+3O₂↑．

Answer 1

分析 铝土矿的主要成分是Al₂O₃，含有杂质SiO₂、Fe₂O₃，铝土矿和过量HCl混合，发生反应Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，SiO₂和HCl不反应，所以沉淀B是SiO₂，滤液A中成分是 AlCl₃、FeCl₃和HCl，向滤液A中加入过量NaOH溶液，发生反应AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+2H₂O+3NaCl、FeCl₃+3NaOH=Fe（OH）₃↓+3NaCl、NaOH+HCl=NaCl+H₂O，则滤液D中含有NaCl、NaOH、NaAlO₂，沉淀C为Fe（OH）₃，向滤液D中通入过量二氧化碳，发生反应NaOH+CO₂=NaHCO₃、AlO^2-+CO₂（过）+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，沉淀F为Al（OH）₃，溶液E中成分是NaHCO₃，加热沉淀F，氢氧化铝分解生成M为Al₂O₃，电解熔融Al₂O₃得到Al，据此答题．

解答 解：铝土矿的主要成分是Al₂O₃，含有杂质SiO₂、Fe₂O₃，铝土矿和过量HCl混合，发生反应Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，SiO₂和HCl不反应，所以沉淀B是SiO₂，滤液A中成分是 AlCl₃、FeCl₃和HCl，向滤液A中加入过量NaOH溶液，发生反应AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+2H₂O+3NaCl、FeCl₃+3NaOH=Fe（OH）₃↓+3NaCl、NaOH+HCl=NaCl+H₂O，则滤液D中含有NaCl、NaOH、NaAlO₂，沉淀C为Fe（OH）₃，向滤液D中通入过量二氧化碳，发生反应NaOH+CO₂=NaHCO₃、AlO^2-+CO₂（过）+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，沉淀F为Al（OH）₃，溶液E中成分是NaHCO₃，加热沉淀F，氢氧化铝分解生成M为Al₂O₃，电解熔融Al₂O₃得到Al，
（1）分离溶液与沉淀，常用过滤的方法，
故答案为：过滤；
（2）由以上分析可知沉淀B的成分是SiO₂，
故答案为：SiO₂；
（3）Fe₂O₃和盐酸反应的化学方程式是Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，由以上分析可知沉淀C为Fe（OH）₃，
故答案为：Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O；Fe（OH）₃；
（4）将向溶液D中通入过量CO₂换成加入过量盐酸，过量盐酸会和生成的氢氧化铝发生Al（OH）₃+3HCl═AlCl₃+3H₂O，氢氧化铝溶解，所以不能，
故答案为：不可以；因为产生Al（OH）₃和过量盐酸反应；
（5）上述流程中涉及的氧化还原反应为电解氧化铝制铝，反应的化学方程式为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，解题时不仅清楚提取的操作过程原理，而且需熟知物质间的反应，能熟练对知识迁移进行综合运用是解答的关键，题目难度中等．