Question

【題目】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。實驗室模擬工業(yè)上以鋁土礦為原料制銨明礬晶體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___，固體b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___。

（3）由I→II→III→IV都要用到的分離方法是___，由銨明礬溶液中制銨明礬晶體的操作是___，___，過濾，洗滌，干燥保存。

（4）向10gFe2O3、SiO2和Al2O3的混合物中，加入100mL稀硫酸，過濾后，向濾液中加入10mol/LNaOH溶液，產(chǎn)生沉淀的質(zhì)量和加入NaOH溶液體積的關(guān)系曲線如圖所示。則混合物中三氧化二鋁的質(zhì)量分數(shù)為___。

（5）有一種含鐵、硅等元素的礦石，其主要成分的化學(xué)式為Na2Fe5(OH)2Si8O22，該物質(zhì)中+2價鐵與+3價鐵的物質(zhì)的量之比為___。將mg該礦石用足量的酸溶解后，加入過量銅粉使溶液中的鐵元素全部變?yōu)?/span>Fe2+，過濾后濾液用cmol/L的KMnO4酸性溶液與Fe2+反應(yīng)，用去VmL溶液。該礦石中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為___（用含m、c、V的代數(shù)式表示）。

Answer 1

【答案】SiO2 Fe(OH)3 AlO2-+CO2+2H2O＝HCO3-+Al（OH）3↓ Al2O3+4H2SO4+2NH3＝2NH4Al（SO4）2+3H2O 過濾 蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶 51% 3：2 ×100%

【解析】

鋁土礦的主要成分中加鹽酸后氧化鋁和氧化鐵溶解，二氧化硅不溶于鹽酸，過濾，濾液中加過量燒堿后氯化鐵轉(zhuǎn)變成氫氧化鐵沉淀，氯化鋁轉(zhuǎn)變成偏鋁酸鈉，過濾，在偏鋁酸鈉溶液中通過量的二氧化碳，產(chǎn)生氫氧化鋁，分解得到氧化鋁，加足量硫酸溶解產(chǎn)生硫酸鋁，通氨氣得到銨明礬溶液，結(jié)晶得到晶體，據(jù)此過程分析解答。

(1)鋁土礦中主要成分是Al2O3和Fe2O3均可溶于鹽酸形成鹽，而SiO2不與鹽酸反應(yīng)，因此固體a為SiO2，在氯化鋁和氯化鐵的濾液中加足量的氫氧化鈉溶液，氯化鐵與堿反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鐵紅褐色沉淀即固體b，氯化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)最終轉(zhuǎn)變成偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鋁沉淀，反應(yīng)為：AlO2-+CO2+2H2O＝HCO3-+Al（OH）3↓，

故答案為: SiO2；Fe(OH)3；AlO2-+CO2+2H2O＝HCO3-+Al（OH）3↓；

（2）V中是氧化鋁加足量硫酸后再通氨氣反應(yīng)產(chǎn)生銨明礬的過程，反應(yīng)為：Al2O3+4H2SO4+2NH3＝2NH4Al（SO4）2+3H2O，

故答案為：Al2O3+4H2SO4+2NH3＝2NH4Al（SO4）2+3H2O；

（3）由以上流程分析可知I→II→III→IV都涉及到難溶固體和溶液的分離，應(yīng)采用過濾的方法；銨明礬溶液中制銨明礬晶體應(yīng)該采用降溫結(jié)晶的方法，先對稀溶液進行蒸發(fā)濃縮后再進行降溫結(jié)晶，然后過濾后洗滌，干燥，

故答案為：過濾；蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；

（4）三種氧化物中二氧化硅不溶于鹽酸，鐵鋁的氧化物轉(zhuǎn)變成氯化鐵和氯化鋁，再加堿起始階段沒有沉淀產(chǎn)生說明鹽酸過量，氫氧化鈉先中和未反應(yīng)的酸，再與鹽反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，直到沉淀量達最大值，再加堿氫氧化鋁溶于氫氧化鈉，而氫氧化鐵不與堿反應(yīng)，結(jié)合圖示可知100-110mL階段發(fā)生如下反應(yīng)： ，消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量為：，則氫氧化鋁的物質(zhì)的量也為0.1mol，根據(jù)鋁元素守恒可知：氧化鋁的物質(zhì)的量為0.05mol，則混合物中三氧化二鋁的質(zhì)量分數(shù)為= ，

故答案為：51%；

（5）化學(xué)式Na2Fe5(OH)2Si8O22，設(shè)1mol該物質(zhì)中+2價鐵為xmol，+3價鐵ymol，則x+y=5，再結(jié)合化合物中正負化合價的代數(shù)和為零可得： ，整理得：2x+3y=12，解得：x=3，y=2，+2價鐵與+3價鐵的物質(zhì)的量之比為3:2；KMnO4酸性溶液與Fe2+反應(yīng)，，反應(yīng)消耗的高錳酸鉀的物質(zhì)的量為： ，則n（Fe2+）=，該礦石中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)==×100%，

故答案為：3:2；×100%。