Question

工业上用铝土矿（主要成分是Al₂O₃，还有少量的Fe₂O₃、SiO₂）提取冶炼铝的原料氧化铝，并分析该铝土矿中氧化铝的含量．工艺流程如图：

（1）残渣的成分是

SiO₂

（填化学式），原料A的名称是

盐酸

，步骤①反应的离子方程式是

Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O

．
（2）滤液1中要加入稍过量原料B，原料B的化学式是

NaOH

，步骤②反应的子方程式是：

H⁺+OH^-=H₂O、Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O

．
（3）滤液3中的离子主要有

Na⁺、OH^-、Cl^-、HCO₃^-

．该流程中哪些物质可循环使用

NaOH、CaCO₃

．
（4）如果省去步骤①，即溶解铝土矿是从加入原料B开始，则会对氧化铝的提取有什么影响

若用NaOH溶液溶解铝土矿，则有部分SiO₂溶解在NaOH溶液中生成硅酸钠，最后使加热制得的Al₂O₃混有SiO₂杂质

．
（5）步骤①②③中都要用到的物质分离的方法是

过滤

；步骤③后得到的沉淀要洗涤后才能灼烧，如何判断该沉淀已洗涤完全？

取滤液3的上层清液，通入二氧化碳，若出现浑浊，则说明沉淀不完全；若不出现浑浊，则说明沉淀完全

．
（6）某化学兴趣小组取A克铝土矿用以上流程进行实验，最终得到B克氧化铝，则计算该铝土矿中氧化铝的百分含量为

B

A

×100%

（用含A、B 的计算式表示）．会导致该小组实验结果偏大的原因可能是：

B、C

A、未对沉淀1进行洗涤             B、未对沉淀2行洗涤
C、加热灼烧沉淀2时前后两次称量结果超过0.001克    D、步骤③所得混合物在分离时有液体溅出．

Answer 1

分析：（1）SiO₂和盐酸不反应，Fe₂O₃和氢氧化钠不反应而氧化铝能反应，碳酸钙煅烧生成二氧化碳，向偏铝酸钠中通入过量的二氧化碳可以生成氢氧化铝沉淀．由工艺流程可知步骤③通入的为二氧化碳，生成的沉淀为氢氧化铝，所以滤液2含有AlO₂^-．步骤②应加入氢氧化钠，除去铁离子，将铝离子转化为AlO₂^-，所以滤液1中含有Al³⁺，步骤①应为加入盐酸，除去SiO₂；
（2）滤液①中含有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺等，应加入氢氧化钠，除去铁离子，将铝离子转化为AlO₂^-，据此书写离子反应式；
（3）滤液3中的离子主要有Na⁺、OH^-、Cl^-、AlO₂^-，生产过程中生成的物质，可再次被利用的即可为循环物质，该反应中氢氧化钠和碳酸钙都是可循环利用的物质；
（4）用NaOH溶液溶解铝土矿，则有部分SiO₂溶解在NaOH溶液中生成硅酸钠，最后使加热制得的Al₂O₃混有SiO₂杂质；
（5）由工业流程可知，操作①、②、③是分离固体与液体，应是过滤；步骤③后得到的沉淀要洗涤后才能灼烧，取滤液3的上层清液，通入二氧化碳，若出现浑浊，则说明沉淀不完全；若不出现浑浊，则说明沉淀完全；
（6）该铝土矿中氧化铝的百分含量用氧化铝的质量除以铝土矿的质量，会导致该小组实验结果偏大的原因可能是未对沉淀2行洗涤，表面有杂质，加热灼烧沉淀2时前后两次称量结果超过0.001克，灼烧不充分；

解答：解：由工艺流程可知步骤③通入的为二氧化碳，生成的沉淀为氢氧化铝，所以滤液2含有AlO₂^-．步骤②应加入氢氧化钠，所以滤液1中含有Al³⁺，步骤①应为加入盐酸，除去SiO₂，
（1）由上述分析可知，步骤①加入盐酸，除去SiO₂，所以原料A为盐酸，氧化铝与酸反应离子方程式为Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，氧化铁与盐酸反应离子方程式为Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，残渣的成分是和盐酸不反应的SiO₂，
故答案为：SiO₂；盐酸；Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
（2）步骤①加入过量盐酸，滤液①中含有Al³⁺、Fe³⁺、H⁺等，应加入氢氧化钠，除去铁离子，将铝离子转化为AlO₂^-，反应为 H⁺+OH^-=H₂O，Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，
Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：NaOH； H⁺+OH^-=H₂O、Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（3）滤液①中含有Al³⁺、Fe³⁺、Cl^-、H⁺等，加入氢氧化钠，除去铁离子、氢离子，将铝离子转化为AlO₂^-，滤液2含有AlO₂^-，Cl^-、Na⁺、，通入二氧化碳将偏铝酸根离子转化为氢氧化铝，所以滤液3中的离子主要有Na⁺、OH^-、Cl^-、HCO₃^-，步骤③通入二氧化碳与AlO₂^-反应生成的沉淀为氢氧化铝，反应化学方程式为NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃，CaCO₃

高温  .

CaO+CO₂↑，氧化钙和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙和碳酸氢钠反应，
NaHCO₃+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+NaOH+H₂O，所以NaOH、CaCO₃可再次被利用，即可循环使用，
故答案为：Na⁺、OH^-、Cl^-、HCO₃^-；NaOH、CaCO₃；
（4）如果省去步骤①，即溶解铝土矿是从加入原料B开始，用NaOH溶液溶解铝土矿，则有部分SiO₂溶解在NaOH溶液中生成硅酸钠，通入二氧化碳会生成硅酸沉淀，最后使加热制得的Al₂O₃混有SiO₂杂质，
故答案为：若用NaOH溶液溶解铝土矿，则有部分SiO₂溶解在NaOH溶液中生成硅酸钠，最后使加热制得的Al₂O₃混有SiO₂杂质．
（5）由工业流程可知，操作①、②、③是分离固体与液体，应是过滤；检验Al（OH） ₃沉淀是否完全，只要检验滤液3中是否含有AlO₂^-即可．取滤液3的上层清液，通入二氧化碳，若出现浑浊，则说明沉淀不完全；若不出现浑浊，则说明沉淀完全，
故答案为：过滤；取滤液3的上层清液，通入二氧化碳，若出现浑浊，则说明沉淀不完全；若不出现浑浊，则说明沉淀完全；
（6）该铝土矿中氧化铝的百分含量用氧化铝的质量B除以铝土矿的质量A，

B

A

×100%；该小组实验结果偏大的原因可能是：
A、沉淀1为氢氧化铁，未对沉淀1进行洗涤，导致沉淀表面附有偏铝酸根离子，导致最终实验结果偏小，故A错误；
B、沉淀2为氢氧化铝，未对沉淀2行洗涤，表面附有其它杂质充当沉淀，导致最终实验结果偏大，故B正确；
C、加热灼烧沉淀2时前后两次称量结果超过0.001克，灼烧不充分，含有氢氧化铝，导致最终实验结果偏大，故C正确；
D、步骤③所得混合物在分离时有液体溅出，导致铝的偏铝酸根离子被溅出，导致最终实验结果偏小，故D错误；
故答案为：

B

A

×100%；BC；

点评：本题以框图题形式考查铝的化合物的性质，清楚冶炼铝工艺流程原理，熟练掌握“铝三角”的相关反应是解答的关键，题目难度中等．