Question

20．鋁是一種重要的金屬，在生產、生活中具有許多重要的用途，下圖是從鋁土礦中制備鋁的工藝流程：

已知：①鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質；
②溶液中的硅酸鈉與偏鋁酸鈉反應，能生成硅鋁酸鹽沉淀，化學反應方程式為2Na₂SiO₃+2NaAlO₂+2H₂O═Na₂Al₂Si₂O₈↓+4NaOH．
回答下列問題：
（1）Al元素在元素周期表中的位置為三周期ⅢA族；電解制取Al的化學反應中，反應物總能量小于生成物總能量（填“大于”、“等于”或“小于”）；二氧化碳的結構式為O=C=O．
（2）寫出向Al₂O₃與氫氧化鈉溶液發生反應的離子方程式Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O．
（3）濾渣A的主要成分為Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈．
（4）在工藝流程第三步中，通入過量二氧化碳的化學反應方程式是AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（5）實驗時取鋁土礦ag，經過上述工藝流程最后得到bgAl，則鋁土礦中的Al₂O₃質量分數為B．
A．=$\frac{102b}{54a}$    B．＞$\frac{102b}{54a}$    C．＜$\frac{102b}{54a}$    D．均有可能．

Answer 1

分析 鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質，加入足量的氫氧化鈉，氧化鋁、二氧化硅與NaOH溶液反應均生成鹽和水，只有氧化鐵與堿不反應，結合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，過濾后得濾渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；濾液用二氧化碳酸化時，將NaAlO₂完全轉化為Al（OH）₃，反應的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；過濾得氫氧化鋁沉淀，灼燒得氧化鋁，電解氧化鋁得單質鋁．

解答 解：鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質，加入足量的氫氧化鈉，氧化鋁、二氧化硅與NaOH溶液反應均生成鹽和水，只有氧化鐵與堿不反應，結合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，過濾后得濾渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；濾液用二氧化碳酸化時，將NaAlO₂完全轉化為Al（OH）₃，反應的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；過濾得氫氧化鋁沉淀，灼燒得氧化鋁，電解氧化鋁得單質鋁．
（1）Al元素在元素周期表中的位置為三周期ⅢA族；電解鋁反應是吸熱反應，所以反應物總能量小于生成物總能量；二氧化碳的結構式為O=C=O，
故答案為：三周期ⅢA族；小于；O=C=O；
（2）氧化鋁與NaOH溶液反應均生成鹽和水，離子反應分別為Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，故答案為：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O；
（3）加入足量的氫氧化鈉，氧化鋁、二氧化硅與NaOH溶液反應均生成鹽和水，只有氧化鐵與堿不反應，結合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，過濾后得濾渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈，故答案為：Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；
（4）經過足量氫氧化鈉溶液的溶解，大部分鋁元素均以NaAlO₂的形式存在于濾液中，通入過量二氧化碳可以將NaAlO₂完全轉化為Al（OH）₃，所以第三步中，選用二氧化碳作酸化劑的原因為將NaAlO₂完全轉化為Al（OH）₃，反應的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
故答案為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（4）AlO₂^-+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-（2分）
（5）設鋁土礦中氧化鋁為xg，
     2Al～Al₂O₃
    27×2      102
    bg        xg
則x=$\frac{102×bg}{27×2}$=$\frac{51b}{27}$g，
鋁土礦中Al₂O₃的質量分數為$\frac{\frac{51b}{27}}{a}$×100%=$\frac{102b}{54a}$，而考慮操作過程中氧化鋁的流失，所以鋁土礦中的Al₂O₃質量分數大于$\frac{102b}{54a}$，
故選：B．

點評 本題考查Al及其化合物的化學性質、物質分離提純方法和基本操作的綜合應用，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．