Question

【題目】鋁土礦是工業上制備金屬鋁的主要原料，其主要成分是Al2O3，同時還含有SiO2 和Fe2O3。工業上可使用堿浸法提取鋁土礦中的 Al2O3，其工業流程如圖所示。根據圖示信息，回答下列問題。

(1)為了提高鋁土礦的浸取效率，可采用的方法是：______。

(2)第一次沉淀時發生了一系列離子反應，除了生成固體 B 的反應外，還有另外兩個反應，請分別寫出它們的離子方程式：_______，______。

(3)液體試劑 a 的化學式為_________。

(4)該工藝的副產品存在于濾液 X 中，除 Na2SO4 外，其主要成分是________ (填化學式)。試列舉一項該副產品在工業生產或日常生活中的用途：________。

(5)操作①的名稱為____。若在實驗室中進行該操作，樣品應放置在_______中。

(6)最后一步電解時往往需要加入適量冰晶石，其作用是 __________。

(7)取 10.0 g 鋁土礦按照上述工藝進行處理，并在工藝中使用 5.0 mol/L 的稀硫酸。第一次沉淀時所得沉淀的質量與加入硫酸的體積變化關系如圖所示。則該鋁土礦樣品中 Al2O3 的質量分數為 ________。

Answer 1

【答案】①粉碎鋁土礦樣品，增大接觸面積；②浸取時不斷攪拌；③浸取時適當升溫，加速反應 H+ +OH- = H2O + 4H+ = Al3+ + 2H2O NH3H2O (NH4)2SO4 氮肥 灼燒 坩堝 降低Al2O3的熔化溫度，節約能源 51%

【解析】

鋁土礦的主要成分是Al2O3，同時還含有SiO2 和Fe2O3，加入過量的NaOH溶液后，Al2O3、SiO2分別轉化為和，而Fe2O3不溶解，所以濾渣A為Fe2O3；濾液中加入過量的硫酸，轉化為Al3+，轉化為H2SiO3沉淀，過濾所得濾渣B為H2SiO3沉淀；濾液中加入過量氨水，此時Al3+轉化為Al(OH)3沉淀，過濾，所得濾液為Na2SO4、(NH4)2SO4等，濾渣為Al(OH)3，灼燒得Al2O3，熔融電解便可獲得Al。

(1)為了提高鋁土礦的浸取效率，可通過提高溫度、增大接觸面積的方法，所以可采用的方法是：①粉碎鋁土礦樣品，增大接觸面積；②浸取時不斷攪拌；③浸取時適當升溫，加速反應。答案為：①粉碎鋁土礦樣品，增大接觸面積；②浸取時不斷攪拌；③浸取時適當升溫，加速反應；

(2)第一次沉淀時，加入過量的硫酸，轉化為Al3+，轉化為H2SiO3沉淀，同時前面加入的過量NaOH也會與硫酸發生反應，它們的離子方程式：H+ +OH- = H2O，+ 4H+ = Al3+ + 2H2O。答案為：H+ +OH- = H2O；+ 4H+ = Al3+ + 2H2O；

(3)為了將Al3+轉化為Al(OH)3沉淀，需加入氨水，所以液體試劑 a 的化學式為NH3H2O。答案為：NH3H2O；

(4)由以上分析可知，該工藝的副產品存在于濾液 X 中，除 Na2SO4 外，其主要成分是(NH4)2SO4。該副產品在工業生產或日常生活中常被用作化肥，所以其用途是：氮肥。答案為：(NH4)2SO4；氮肥；

(5)操作①是將Al(OH)3轉化為Al2O3，其名稱為灼燒。若在實驗室中進行該操作，樣品應放置在坩堝中。答案為：灼燒；坩堝；

(6)Al2O3的熔點很高，為降低其熔化溫度，最后一步電解時往往需要加入適量冰晶石，其作用是降低Al2O3的熔化溫度，節約能源。答案為：降低Al2O3的熔化溫度，節約能源；

(7)從圖中可以看出，加入硫酸的體積由25mL至55mL段，主要發生反應3H2SO4+2Al(OH)3＝Al2(SO4)3+6H2O，則參加反應的硫酸物質的量為n(H2SO4)= 5.0 mol/L×0.03L=0.15mol，n[Al(OH)3]= =0.10mol，則該鋁土礦樣品中 Al2O3 的質量分數為=51%。答案為：51%。