Question

鋁是重要的金屬材料，鋁土礦（主要成分是Al₂O₃和少量的SiO₂、Fe₂O₃雜質(zhì)）是工業(yè)上制取鋁的原料．實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)上以鋁土礦為原料制取Al₂（SO₄）₃和銨明礬晶體[NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O]的工藝流程如圖所示：
請回答下列問題：
（1）固體a的化學(xué)式為

 

，Ⅲ中通入足量CO₂氣體發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（2）由Ⅴ制取銨明礬溶液的化學(xué)方程式為

 

．從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次為（填操作名稱）

 

、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌．
（3）以1000kg含氧化鋁36%的鋁土礦為原料制取Al₂（SO₄）₃，需消耗質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的硫酸（密度1.84g?cm^-1）

 

L（計算結(jié)果請保留一位小數(shù)）．
（4）若同時制取銨明礬和硫酸鋁，通過控制硫酸的用量調(diào)節(jié)兩種產(chǎn)品的產(chǎn)量．若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質(zhì)的量之比為1：1，則投料時鋁土礦中的Al₂O₃和H₂SO₄的物質(zhì)的量之比為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：金屬的回收與環(huán)境、資源保護(hù)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計題

分析：（1）Al₂O₃和Fe₂O₃能溶于鹽酸，SiO₂不溶于鹽酸，碳酸的酸性強(qiáng)于偏鋁酸，故二氧化碳與偏鋁酸鈉生成氫氧化鋁沉淀；
（2）Al₂O₃與稀硫酸、氨氣反應(yīng)生成銨明礬溶液；依據(jù)從可溶性溶液中獲取固體的實(shí)驗(yàn)方法回答；
（3）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式以及給出的數(shù)據(jù)計算即可；
（4）設(shè)制得的Al₂（SO₄）₃和NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O的物質(zhì)的量都是1 mol，然后依據(jù)鋁離子與硫酸根的關(guān)系回答即可．

解答： 解：（1）鋁土礦中Al₂O₃和Fe₂O₃能溶于鹽酸，SiO₂不溶于鹽酸，所以固體a的化學(xué)式為SiO₂，Al₂O₃溶于燒堿生成NaAlO₂溶液，在其中通入CO₂生成Al（OH）₃沉淀，
故答案為：SiO₂； AlO₂^-+CO₂+2H₂O═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（2）Al（OH）₃分解生成Al₂O₃，Al₂O₃與稀硫酸、氨氣反應(yīng)生成銨明礬溶液，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌，
故答案為：Al₂O₃+4H₂SO₄+2NH₃═2NH₄Al（SO₄）₂+3H₂O；蒸發(fā)濃縮；
（3）m（Al₂O₃）=1 000 kg×36%=360 kg，
依據(jù)：Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O
       102   294
       360kg m（H₂SO₄）
故m（H₂SO₄）=

294×360

102

=1037.6 kg，需消耗質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的硫酸（密度1.84 g?cm^-3）為=

1037.6÷98%

1.84

=575.4 L，
故答案為：575.4；
（4）設(shè)制得的Al₂（SO₄）₃和NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O的物質(zhì)的量都是1 mol，則Al³⁺共3 mol，SO₄^2-共5 mol，根據(jù)Al³⁺和SO₄^2-守恒原理可得，加入Al₂O₃和H₂SO₄的物質(zhì)的量之比為：

3

2

：5=3：10，故答案為：3：10．

點(diǎn)評：本題主要考查的是無機(jī)非金屬材料的流程與應(yīng)用，屬于中等題，考查的是學(xué)生綜合分析問題的能力．