Question

14．电解铝厂的实验室为测定铝土矿（主要成分是Al₂O₃，杂质是Fe₂O₃、SiO₂）样品中Al₂O₃的质量分数，操作如下：
①将铝土矿样品粉碎后加入足量稀H₂SO₄溶液，充分反应后过滤，得滤液a
②向滤液a中加入足量NaOH溶液，充分反应后过滤，得滤液b
③向滤液b中通入足量CO₂，充分反应后过滤、洗涤，得Al（OH）₃沉淀
④…
（1）滤液a中阳离子有H⁺、Al³⁺、Fe³⁺（写离子符号）．
（2）由滤液b得到Al（OH）₃的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（3）操作④是干燥Al（OH）₃沉淀、称量．
（4）要测定铝土矿样品中Al₂O₃的质量分数，所需数据是铝土矿样品质量xg、Al（OH）₃质量yg（质量数据用x、y…表示，单位是g）；铝土矿样品中Al₂O₃质量分数表达式是$\frac{102y}{156x}$×100%（用含x、y…的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）氧化铝、氧化铁与稀硫酸反应生成硫酸铝、硫酸铁，二氧化硅不反应，据此判断滤液a中阳离子组成；
（2）向滤液b中通入足量CO₂，充分反应后过滤、洗涤，得Al（OH）₃沉淀和碳酸氢钠；
（3）需要得到干燥的氢氧化铝的质量，所以需要干燥氢氧化铝，然后称量氢氧化铝沉淀的质量；
（4）要测定氧化铝的质量分数，需要知道样品总质量、氢氧化铝的质量，利用质量守恒写出铝土矿样品中Al₂O₃质量分数表达式．

解答 解：（1）将铝土矿样品粉碎后加入足量稀H₂SO₄溶液，Al₂O₃和Fe₂O₃与稀硫酸反应，SiO₂不与稀硫酸反应，所以过滤后得到滤液a中含有阳离子为：H⁺、Al³⁺、Fe³⁺；
故答案为：H⁺、Al³⁺、Fe³⁺；                            
（2）向滤液b中通入足量CO₂，充分反应后过滤、洗涤，得Al（OH）₃沉淀和碳酸氢钠，反应的离子方程式：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
故答案为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（3）本实验中需要通过氢氧化铝的质量、氧化铝样品的质量测定样品中氧化铝的质量分数，所以步骤Ⅳ需要干燥Al（OH）₃沉淀并称量其质量，
故答案为：干燥Al（OH）₃沉淀、称量；              
（4）要测定铝土矿样品中Al₂O₃的质量分数，需要通过氢氧化铝沉淀的质量计算出氧化铝的质量，还应该知道样品的质量，设铝土矿样品的质量为xg、氢氧化铝的质量为y，根据质量守恒可知样品中氧化铝的质量为：$\frac{yg}{78g/mol}$×$\frac{1}{2}$×102g/mol=$\frac{102y}{156}$g，
则该铝土矿样品中氧化铝的质量分数为：$\frac{\frac{102y}{156}g}{xg}$×100%=$\frac{102y}{156x}$×100%，
故答案为：铝土矿样品质量xg、Al（OH）₃质量y g；$\frac{102y}{156x}$×100%．

点评 本题考查了测量铝土矿中氧化铝的质量分数的方法，题目难度中等，明确发生反应原理及测量方法为解答关键，注意掌握化学实验基本操作方法及计算样品含量的方法，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．