Question

3．工业上从铝土矿（主要成分是Al₂O₃，还含有SiO₂、Fe₂O₃等杂质）中提取铝可采用如下工艺流程：

请回答下列问题：
（1）步骤（Ⅱ）中加入的烧碱溶液应该是过量（填“少量”或“过量”） 其反应的离子方程式为Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，得到沉淀C的颜色红褐色；
（2）沉淀B和NaOH焙烧制备一种有黏性的化工原料，其反应的化学方程式为SiO₂+2NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SiO₃+H₂O，可采用的装置为B（填代号）；

（3）溶液D中含铝元素的溶质属于盐（填“酸”、“碱”、“盐”）类物质．溶液D中通入过量CO₂生成沉淀F的离子方程式为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（4）请写出上述流程中涉及的氧化还原反应的化学方程式：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$4Al+3O₂↑．

Answer 1

分析 铝土矿的主要成分是Al₂O₃，含有杂质SiO₂、Fe₂O₃，铝土矿和过量HCl混合，发生反应Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，SiO₂和HCl不反应，所以沉淀B是SiO₂，滤液A中成分是 AlCl₃、FeCl₃和HCl，向滤液A中加入过量NaOH溶液，发生反应AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+2H₂O+3NaCl、FeCl₃+3NaOH=Fe（OH）₃↓+3NaCl、NaOH+HCl=NaCl+H₂O，则滤液D中含有NaCl、NaOH、NaAlO₂，沉淀C为Fe（OH）₃，向滤液D中通入过量二氧化碳，发生反应NaOH+CO₂=NaHCO₃、AlO₂^-+CO₂（过）+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，沉淀F为Al（OH）₃，溶液E中成分是NaHCO₃，加热沉淀F，氢氧化铝分解生成M为Al₂O₃，电解熔融Al₂O₃得到Al，由此分析解答．

解答 解：铝土矿的主要成分是Al₂O₃，含有杂质SiO₂、Fe₂O₃，铝土矿和过量HCl混合，发生反应Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，SiO₂和HCl不反应，所以沉淀B是SiO₂，滤液A中成分是 AlCl₃、FeCl₃和HCl，向滤液A中加入过量NaOH溶液，发生反应AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+2H₂O+3NaCl、FeCl₃+3NaOH=Fe（OH）₃↓+3NaCl、NaOH+HCl=NaCl+H₂O，则滤液D中含有NaCl、NaOH、NaAlO₂，沉淀C为Fe（OH）₃，向滤液D中通入过量二氧化碳，发生反应NaOH+CO₂=NaHCO₃、AlO₂^-+CO₂（过）+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，沉淀F为Al（OH）₃，溶液E中成分是NaHCO₃，加热沉淀F，氢氧化铝分解生成M为Al₂O₃，电解熔融Al₂O₃得到Al，
（1）根据上面的分析可知，步骤（Ⅱ）中加入的烧碱溶液应该是过量，其反应的离子方程式为Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，得到沉淀C为Fe（OH）₃，颜色为红褐色，
故答案为：过量；Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；红褐色；
（2）沉淀B是SiO₂，SiO₂和NaOH焙烧制备一种有黏性的化工原料，其反应的化学方程式为SiO₂+2NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SiO₃+H₂O，由于瓷坩埚中有二氧化硅能与氢氧化钠反应，所以加热时可采用的装置为铁坩埚，故选B，
故答案为：SiO₂+2NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SiO₃+H₂O；B；
（3）溶液D中含铝元素的溶质为偏铝酸钠，属于盐，溶液D中通入过量CO₂生成沉淀F的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：盐；AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）根据流程图，反应前后的化合价变化的只有最后一步，反应为：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$4Al+3O₂↑，故答案为：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$4Al+3O₂↑．

点评 本题主要考查了元素化合物中金属铝、铁的性质，解题时不仅清楚提取的操作过程原理，而且需熟知物质间的反应，能熟练对知识迁移进行综合运用是解答的关键，题目难度中等．