Question

硝酸鋁廣泛用于有機合成、印染工業等。工業上以鋁灰為原料（主要成分為Al，含少量Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO、MgO等）制備硝酸鋁的工藝流程如下：

已知：Al（OH）3沉淀和溶解的pH如下表：

Al（OH）3	開始沉淀	沉淀完全	沉淀開始溶解	沉淀溶解完全
pH	3.3	5.0	7.8	12.8

 

回答下列問題：

（1）堿溶時，發生主反應的離子方程式為________________________________。

（2）工藝流程中第一次加入硝酸調pH＝7.0的目的是__________________________________________________________。

pH＝7.0時，溶液中c（Al3＋）＝________（通常條件下，Ksp[Al（OH）3]＝1.3×10－33）。

（3）若忽略雜質跟酸、堿的反應，則在堿溶、調pH＝7.0、酸溶過程中，理論上消耗堿、酸的物質的量之比n1（NaOH）∶n2（HNO3）∶n3（HNO3）＝________。

（4）現用1 t鋁灰制硝酸鋁晶體[Al（NO3）3·9H2O]，最后生產出7.5 t硝酸鋁晶體，若生產過程中鋁元素的損失率為10%，計算鋁灰中鋁元素的質量分數。

 

Answer 1

（1）2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2-＋3H2↑

（2）使Al（OH）3沉淀完全　1.3×10－12 mol·L－1

（3）1∶1∶3

（4）60%

 

【解析】（1）注意鋁灰的主要成分為Al，主要反應是鋁與堿的反應。（2）結合流程圖可知，調節pH＝7.0時，過濾得到的沉淀再加HNO3，得硝酸鋁，可知沉淀為Al（OH）3。c（Al3＋）＝＝1.3×10－12 mol·L－1。（3）堿溶、調pH＝7.0、酸溶的反應分別為：2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2-＋3H2↑、AlO2-＋H＋＋H2O=Al（OH）3↓、Al（OH）3＋3H＋=Al3＋＋3H2O，得n1（NaOH）∶n2（HNO3）∶n3（HNO3）＝1∶1∶3。

（4）設鋁元素的質量分數為x

　Al　　　～　　　　Al（NO3）3·9H2O

　27　　　　　　　　　　375

1 t×（1－10%）×x　　　　7.5 t

＝

解得：x＝0.6（或60%）