Question

2．鋁是現今人類生產生活中使用廣泛性僅次于鐵的重要金屬．工業(yè)上常以“釩土礦”為原料來冶煉金屬鋁．已知：釩土的主要成分是Al₂O₃（其中含有Fe₂O₃、SiO₂等雜質）．為了檢測某“釩土礦”樣中Al₂O₃的含量，進行了如下實驗過程：
①取礦樣10.0g加入過量稀鹽酸溶解（假定其他未知成分的雜質都不溶于鹽酸，也不和鹽酸反應），過濾棄去不溶殘渣．
②將濾液稀釋并在250mL容量瓶中定容后，取25.0mL逐滴滴加2.5mol•L^-1的NaOH溶液，得到如圖所示的變化關系．請根據有關數據回答下列問題：
（1）寫出滴加NaOH溶液0～3mL時發(fā)生反應的離子方程式：H⁺+OH^-=H₂O．
（2）最后所得不溶于NaOH溶液的沉淀的化學式為Fe（OH）₃，其物質的量為2.5×10^-3mol．
（3）該釩土礦樣中Al₂O₃的質量分數為76.5%．
（4）用10.0t“釩土礦”樣提純所得的Al₂O₃（提純過程的損耗忽略不計）進行電解，理論上在陰 極（填“陰”，“陽”）最多可制得金屬鋁4.05tt．

Answer 1

分析 釩土的主要成分是Al₂O₃（其中含有Fe₂O₃、SiO₂等雜質），用過量稀鹽酸溶解得AlCl₃、FeCl₃、HCl溶液，以及不溶殘渣SiO₂，向濾液中加氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉先與鹽酸反應，鹽酸被完全中和后，AlCl₃、FeCl₃與氫氧化鈉反應生成Al（OH）₃、Fe（OH）₃，再加氫氧化鈉溶液，Al（OH）₃溶解，Al（OH）₃與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉，最后所得不溶于NaOH溶液的沉淀為Fe（OH）₃，根據圖象中用去的氫氧化鈉溶液的體積進行計算，結合電解原理分析答題．

解答 解：釩土的主要成分是Al₂O₃（其中含有Fe₂O₃、SiO₂等雜質），用過量稀鹽酸溶解得AlCl₃、FeCl₃、HCl溶液，以及不溶殘渣SiO₂，向濾液中加氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉先與鹽酸反應，鹽酸被完全中和后，AlCl₃、FeCl₃與氫氧化鈉反應生成Al（OH）₃、Fe（OH）₃，再加氫氧化鈉溶液，Al（OH）₃溶解，Al（OH）₃與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉，最后所得不溶于NaOH溶液的沉淀為Fe（OH）₃，
（1）滴加NaOH溶液0～3mL時，鹽酸與氫氧化鈉發(fā)生中和反應，反應的離子方程式為H⁺+OH^-=H₂O，
故答案為：H⁺+OH^-=H₂O；
（2）25.0mL樣品溶液中，根據上面的分析可知，最后所得不溶于NaOH溶液的沉淀的化學式為 Fe（OH）₃，根據圖象可知Al（OH）₃～NaOH～NaAlO₂，用于溶解氫氧化鋁的氫氧化鈉溶液的體積為6mL，所以生成氫氧化鋁用去的氫氧化鈉溶液的體積為18mL，滴加NaOH溶液0～3mL時，氫氧化鈉與鹽酸反應，所以與鐵離子反應生成氫氧化鐵用去的氫氧化鈉溶液的體積為24mL-3mL-18mL=3mL，根據Fe（OH）₃～3NaOH，Fe（OH）₃物質的量為$\frac{2.5mol•{L}^{-1}×3mL}{3}$=2.5×10^-3mol，
故答案為：Fe（OH）₃；2.5×10^-3mol； 
（3）25.0mL樣品溶液中，根據圖象可知Al（OH）₃～NaOH～NaAlO₂，用于溶解氫氧化鋁的氫氧化鈉溶液的體積為6mL，則n（Al）=6×10^-3L×2.5mol•L^-1=0.015mol，所以該釩土礦樣中Al₂O₃的質量分數為$\frac{\frac{0.015mol}{2}×102g/mol×\frac{250mL}{25mL}}{10.0g}$×100%=76.5%，
故答案為：76.5%；
（4）電解Al₂O₃，陽極上氧離子失去電子得氧氣，陰極上鋁離子得電子生成鋁，根據鋁元素守恒可知，10.0t“釩土礦”最多可制得金屬鋁的質量為$10.0t×76.5%×\frac{54}{102}$=4.05t，
故答案為：陰；4.05t．

點評 本題為生產工藝流程題，涉及電解、計算等問題，題目較為綜合，做題時注意仔細審題，從題目中獲取關鍵信息，本題難度中等．