Question

12．铝是一种重要的金属，在生产、生活中具有许多重要的用图，如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）溶解铝土矿时，其成分与NaOH溶液发生反应的离子方程式：2OH^-+Al₂O₃═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O．
（2）滤渣A的主要成分为Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；硅酸盐沉淀写成氧化物的形式是Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂．
（3）在工艺流程第三步中，选用二氧化碳作酸化剂而不使用盐酸的原因是Al（OH）₃溶于强酸而不溶于弱酸，提高Al₂O₃的提取率．
（4）若该工厂用mkg铝土矿共制得nkgAl（假设每步反应进行完全），则铝土矿中Al₂O₃的质量分数为$\frac{5100n}{27m}$%．
（5）若将铝用酸溶解，下列试剂中最好选用B（填编号）．
A．浓硫酸　　　　B．稀硫酸　　　　C．稀HNO₃  D．浓HNO₃ 
（6）电解冶炼铝时用Na₃AlF₆作助熔剂，Na₃AlF₆是配合物，其中内界是[AlF₆]^3-，配位数为6．

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．
（1）氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水；
（2）只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na₂Al₂Si₂O₈；硅酸盐改写为氧化物的形式一般方法归纳为：碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物；
（3）第三步中，选用二氧化碳作酸化剂，可将Al元素全部转化为沉淀；
（4）根据铝元素守恒由Al的质量计算出氧化铝的质量，再求出质量分数；
（5）根据Al的化学性质及不生成有毒气体来解答；
（6）中心离子和配体组成內界，其余部分为外界；配原子的数目即是配位数．

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）氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水，离子反应分别为Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O，
故答案为：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（2）只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na₂Al₂Si₂O₈，则滤渣A的主要成分为Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；硅酸盐改写为氧化物的形式一般方法归纳为：碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物，则Na₂Al₂Si₂O₈改写为氧化物为Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂，
故答案为：Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂；
（3）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，若选用盐酸，则生成的氢氧化铝会溶于过量的盐酸，所以第三步中选用二氧化碳作酸化剂，
故答案为：Al（OH）₃溶于强酸而不溶于弱酸，提高Al₂O₃的提取率；
（4）设铝土矿中氧化铝为xkg，
2Al～Al₂O₃
27×2    102
nkg     xkg
则x=$\frac{102×nkg}{27×2}$=$\frac{51n}{27}$kg，
铝土矿中Al₂O₃的质量分数为$\frac{\frac{51n}{27}}{m}$×100%=$\frac{5100n}{27m}$%，
故答案为：$\frac{5100n}{27m}$%；
（5）因铝与浓硫酸在常温下发生钝化，加热溶解会产生有毒气体SO₂，原料利用率低；稀硝酸能溶解铝但会产生NO气体，污染空气，硝酸利用率低；而铝与稀硫酸反应速率较快，产生的H₂对空气无污染，则选稀硫酸溶解Al最好，
故答案为：B；
（6）中心离子和配体组成內界，其余部分为外界，则Na₃AlF₆中Na⁺为外界，[AlF₆]^3-为內界；配原子的数目即是配位数，所以配位数为6，故答案为：[AlF₆]^3-；6．

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．