Question

20．铝是一种重要的金属，在生产、生活中具有许多重要的用途，下图是从铝土矿中制备铝的工艺流程：

已知：①铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质；
②溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠反应，能生成硅铝酸盐沉淀，化学反应方程式为2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+2H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+4NaOH．
回答下列问题：
（1）Al元素在元素周期表中的位置为三周期ⅢA族；电解制取Al的化学反应中，反应物总能量小于生成物总能量（填“大于”、“等于”或“小于”）；二氧化碳的结构式为O=C=O．
（2）写出向Al₂O₃与氢氧化钠溶液发生反应的离子方程式Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O．
（3）滤渣A的主要成分为Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈．
（4）在工艺流程第三步中，通入过量二氧化碳的化学反应方程式是AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（5）实验时取铝土矿ag，经过上述工艺流程最后得到bgAl，则铝土矿中的Al₂O₃质量分数为B．
A．=$\frac{102b}{54a}$    B．＞$\frac{102b}{54a}$    C．＜$\frac{102b}{54a}$    D．均有可能．

Answer 1

分析 铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质，加入足量的氢氧化钠，氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水，只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，过滤后得滤渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；滤液用二氧化碳酸化时，将NaAlO₂完全转化为Al（OH）₃，反应的离子方程式为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；过滤得氢氧化铝沉淀，灼烧得氧化铝，电解氧化铝得单质铝．

解答 解：铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质，加入足量的氢氧化钠，氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水，只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，过滤后得滤渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；滤液用二氧化碳酸化时，将NaAlO₂完全转化为Al（OH）₃，反应的离子方程式为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；过滤得氢氧化铝沉淀，灼烧得氧化铝，电解氧化铝得单质铝．
（1）Al元素在元素周期表中的位置为三周期ⅢA族；电解铝反应是吸热反应，所以反应物总能量小于生成物总能量；二氧化碳的结构式为O=C=O，
故答案为：三周期ⅢA族；小于；O=C=O；
（2）氧化铝与NaOH溶液反应均生成盐和水，离子反应分别为Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，故答案为：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O；
（3）加入足量的氢氧化钠，氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水，只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，过滤后得滤渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈，故答案为：Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；
（4）经过足量氢氧化钠溶液的溶解，大部分铝元素均以NaAlO₂的形式存在于滤液中，通入过量二氧化碳可以将NaAlO₂完全转化为Al（OH）₃，所以第三步中，选用二氧化碳作酸化剂的原因为将NaAlO₂完全转化为Al（OH）₃，反应的离子方程式为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
故答案为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（4）AlO₂^-+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-（2分）
（5）设铝土矿中氧化铝为xg，
     2Al～Al₂O₃
    27×2      102
    bg        xg
则x=$\frac{102×bg}{27×2}$=$\frac{51b}{27}$g，
铝土矿中Al₂O₃的质量分数为$\frac{\frac{51b}{27}}{a}$×100%=$\frac{102b}{54a}$，而考虑操作过程中氧化铝的流失，所以铝土矿中的Al₂O₃质量分数大于$\frac{102b}{54a}$，
故选：B．

点评 本题考查Al及其化合物的化学性质、物质分离提纯方法和基本操作的综合应用，注意把握流程中发生的化学反应为解答的关键，注重信息与所学知识的结合分析解决问题，侧重知识迁移应用能力的考查，题目难度中等．