Question

9．铝硅合金材料性能优良．铝土矿（含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）干法制取该合金的工艺如图1：

（1）若湿法处理铝土矿，用强酸浸取时，所得溶液中阳离子有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺．
（2）铝硅合金材料中若含铁，会影响其抗腐蚀性．原因是铁与铝形成原电池，加快了铝的腐蚀．
（3）焙烧除铁反应：4（NH₄）₂SO₄+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₄Fe（SO₄）₂+3H₂O+6NH₃↑（Al₂O₃部分发生类似反应）．氧化物转化为硫酸盐的百分率与温度的关系如图2，最适宜焙烧温度为300℃．指出气体Ⅰ的用途制氮肥、用硫酸吸收气体（氨气）循环到焙烧过程中等（任写一种）．
（4）操作①包括：加水溶解、过滤．若所得溶液中加入过量NaOH溶液，含铝微粒发生反应的离子方程式为Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（5）用焦炭还原SiO₂、Al₂O₃会产生中间体SiC、Al₄C₃．任写一个高温下中间体又与Al₂O₃反应生成铝、硅单质的化学方程式Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Al+3CO↑．
（6）不计损失，投入1t铝土矿，当加入27kg纯铝后，铝硅合金中m：n=9：5．（摩尔质量：SiO₂---60g/mol  Al₂O₃---102g/mol）

Answer 1

分析 铝土矿（含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）加硫酸铵焙烧，Fe₂O₃转化为NH₄Fe（SO₄）₂同时生成氨气，加水溶解、过滤，滤渣为SiO₂和Al₂O₃，用焦炭在高温条件下还原SiO₂、Al₂O₃得到硅铝熔体，在加纯铝搅拌，得到硅铝合金；
（1）铝土矿中的氧化铝和氧化铁能溶于强酸；
（2）Al、Fe形成原电池，活泼性强的做负极；
（3）焙烧时尽可能是氧化铁反应，而氧化铝不反应；氨气可以制氮肥，也可以制备硫酸铵循环利用；
（4）根据流程分析解答；溶液中含有铝离子与氢氧根离子生成偏铝酸根离子；
（5）在高温条件下，Al₄C₃与Al₂O₃反应生成Al和CO；
（6）铝土矿中含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃，又加入27kg纯铝，根据质量守恒计算铝硅的质量和质量比．

解答 解：铝土矿（含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）加硫酸铵焙烧，Fe₂O₃转化为NH₄Fe（SO₄）₂同时生成氨气，加水溶解、过滤，滤渣为SiO₂和Al₂O₃，用焦炭在高温条件下还原SiO₂、Al₂O₃得到硅铝熔体，在加纯铝搅拌，得到硅铝合金；
（1）铝土矿中的氧化铝和氧化铁能溶于强酸生成Al³⁺、Fe³⁺，另外还有剩余的H⁺，所以溶液中的阳离子有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺；
故答案为：Al³⁺、Fe³⁺、H⁺；
（2）Al、Fe形成原电池，Al活泼性比Fe强的做负极，被腐蚀，所以铝硅合金材料中若含铁，容易发生电化学腐蚀；
故答案为：铁与铝形成原电池，加快了铝的腐蚀；
（3）焙烧时尽可能是氧化铁反应，而氧化铝不反应，由图可知在300℃时，氧化铁转化为硫酸盐的百分率很高，而氧化铝转化为硫酸盐的百分率最低，所以最适宜焙烧温度为300℃；气体Ⅰ为氨气，氨气可以用于制氮肥，也可以用硫酸吸收来备硫酸铵循环到焙烧过程中；
故答案为：300℃；制氮肥、用硫酸吸收气体（氨气）循环到焙烧过程中；
（4）由流程分析可知，操作①包括：加水溶解、过滤；溶液中含有铝离子与氢氧根离子生成偏铝酸根离子，其反应的离子方程式为：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
故答案为：过滤；Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（5）在高温条件下，Al₄C₃与Al₂O₃反应生成Al和CO，其反应的方程式为：Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Al+3CO↑；
故答案为：Al₄C₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Al+3CO↑；
（6）投入1t铝土矿，加入27kg纯铝，已知铝土矿中含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃，则Al的总质量为：1000kg×40.8%×$\frac{54}{102}$+27kg=243kg，
Si的总质量为1000kg×30%×$\frac{28}{60}$=140kg，则铝硅合金中m：n=$\frac{243}{27}$：$\frac{140}{28}$=9：5，
故答案为：9：5．

点评 本题考查了物质分离和提纯基本操作，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．