Question

8．鋁硅合金材料性能優良．鋁土礦（含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）干法制取該合金的工藝如圖1：

（1）鋁硅合金材料中若含鐵，會影響其抗腐蝕性．原因是鐵與鋁形成原電池，加快了鋁的腐蝕．
（2）焙燒除鐵反應時Fe₂O₃轉化為NH₄Fe（SO₄）₂，Al₂O₃少部分發生類似反應，寫出Fe₂O₃發生反應的方程式4（NH₄）₂SO₄+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₄Fe（SO₄）₂+3H₂O+6NH₃↑．氧化物轉化為硫酸鹽的百分率與溫度的關系如圖2，最適宜焙燒溫度為350℃．
（3）若操作①中所得溶液中加入過量NaOH溶液，含鋁微粒發生反應的離子方程式為Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（4）用焦炭還原SiO₂、Al₂O₃會產生SiC等中間體．寫出中間體SiC再與Al₂O₃反應生成鋁、硅單質的化學方程式3SiC+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Si+2Al+3CO↑．
（5）不計損失，投入1t鋁土礦，當加入27kg純鋁后，鋁硅合金中m：n=9：5．

Answer 1

分析 鋁土礦（含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）加硫酸銨焙燒，Fe₂O₃轉化為NH₄Fe（SO₄）₂同時生成氨氣，加水溶解、過濾，濾渣為SiO₂和Al₂O₃，用焦炭在高溫條件下還原SiO₂、Al₂O₃得到硅鋁熔體，在加純鋁攪拌，得到硅鋁合金；
（1）Al、Fe形成原電池，活潑性強的做負極；
（2）焙燒除鐵反應時 Fe₂O₃ 轉化為NH₄Fe（SO₄）₂，所以 Fe₂O₃發生反應的方程式：4（NH₄）₂SO₄+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₄Fe（SO₄）₂+3H₂O+6NH₃↑；焙燒時盡可能是氧化鐵反應，而氧化鋁不反應，由圖可知在350℃時，氧化鐵轉化為硫酸鹽的百分率很高，而氧化鋁轉化為硫酸鹽的百分率很低，所以最適宜焙燒溫度為350℃；（3）溶液中含有鋁離子與氫氧根離子生成偏鋁酸根離子；
（4）在高溫條件下，SiC與Al₂O₃反應生成Al、Si和CO；
（5）鋁土礦中含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃，又加入27kg純鋁，根據質量守恒計算鋁硅的質量和質量比．

解答 解：（1）Al、Fe形成原電池，Al活潑性比Fe強的做負極，被腐蝕，所以鋁硅合金材料中若含鐵，容易發生電化學腐蝕；
故答案為：鐵與鋁形成原電池，加快了鋁的腐蝕；
（2）焙燒除鐵反應時 Fe₂O₃ 轉化為NH₄Fe（SO₄）₂，所以 Fe₂O₃發生反應的方程式：4（NH₄）₂SO₄+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₄Fe（SO₄）₂+3H₂O+6NH₃↑；焙燒時盡可能是氧化鐵反應，而氧化鋁不反應，由圖可知在350℃時，氧化鐵轉化為硫酸鹽的百分率很高，而氧化鋁轉化為硫酸鹽的百分率很低，所以最適宜焙燒溫度為350℃；故答案為：4（NH₄）₂SO₄+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₄Fe（SO₄）₂+3H₂O+6NH₃↑；350℃；
（3）溶液中含有鋁離子與氫氧根離子生成偏鋁酸根離子，其反應的離子方程式為：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
故答案為：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（4）在高溫條件下，SiC與Al₂O₃反應生成Al和CO，其反應的方程式為：3SiC+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Si+2Al+3CO↑故答案為：3SiC+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Si+2Al+3CO↑；
（5）投入1t鋁土礦，加入27kg純鋁，已知鋁土礦中含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃，則Al的總質量為：1000kg×40.8%×$\frac{54}{102}$+27kg=243kg，
Si的總質量為1000kg×30%×$\frac{28}{60}$=140kg，則鋁硅合金中m：n=$\frac{243}{27}$：$\frac{140}{28}$=9：5，
故答案為：9：5．

點評 本題考查了物質分離和提純基本操作，注意把握流程中發生的化學反應為解答的關鍵，注重信息與所學知識的結合分析解決問題，側重知識遷移應用能力的考查，題目難度中等．