Question

12．鋁是一種重要的金屬，在生產、生活中具有許多重要的用圖，如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）溶解鋁土礦時，其成分與NaOH溶液發生反應的離子方程式：2OH^-+Al₂O₃═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O．
（2）濾渣A的主要成分為Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；硅酸鹽沉淀寫成氧化物的形式是Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂．
（3）在工藝流程第三步中，選用二氧化碳作酸化劑而不使用鹽酸的原因是Al（OH）₃溶于強酸而不溶于弱酸，提高Al₂O₃的提取率．
（4）若該工廠用mkg鋁土礦共制得nkgAl（假設每步反應進行完全），則鋁土礦中Al₂O₃的質量分數為$\frac{5100n}{27m}$%．
（5）若將鋁用酸溶解，下列試劑中最好選用B（填編號）．
A．濃硫酸　　　　B．稀硫酸　　　　C．稀HNO₃  D．濃HNO₃ 
（6）電解冶煉鋁時用Na₃AlF₆作助熔劑，Na₃AlF₆是配合物，其中內界是[AlF₆]^3-，配位數為6．

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．
（1）氧化鋁、二氧化硅與NaOH溶液反應均生成鹽和水；
（2）只有氧化鐵與堿不反應，結合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈；硅酸鹽改寫為氧化物的形式一般方法歸納為：堿性氧化物、兩性氧化物、酸性氧化物；
（3）第三步中，選用二氧化碳作酸化劑，可將Al元素全部轉化為沉淀；
（4）根據鋁元素守恒由Al的質量計算出氧化鋁的質量，再求出質量分數；
（5）根據Al的化學性質及不生成有毒氣體來解答；
（6）中心離子和配體組成內界，其余部分為外界；配原子的數目即是配位數．

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）氧化鋁、二氧化硅與NaOH溶液反應均生成鹽和水，離子反應分別為Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O、SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（2）只有氧化鐵與堿不反應，結合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈，則濾渣A的主要成分為Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；硅酸鹽改寫為氧化物的形式一般方法歸納為：堿性氧化物、兩性氧化物、酸性氧化物，則Na₂Al₂Si₂O₈改寫為氧化物為Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂，
故答案為：Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂；
（3）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，若選用鹽酸，則生成的氫氧化鋁會溶于過量的鹽酸，所以第三步中選用二氧化碳作酸化劑，
故答案為：Al（OH）₃溶于強酸而不溶于弱酸，提高Al₂O₃的提取率；
（4）設鋁土礦中氧化鋁為xkg，
2Al～Al₂O₃
27×2    102
nkg     xkg
則x=$\frac{102×nkg}{27×2}$=$\frac{51n}{27}$kg，
鋁土礦中Al₂O₃的質量分數為$\frac{\frac{51n}{27}}{m}$×100%=$\frac{5100n}{27m}$%，
故答案為：$\frac{5100n}{27m}$%；
（5）因鋁與濃硫酸在常溫下發生鈍化，加熱溶解會產生有毒氣體SO₂，原料利用率低；稀硝酸能溶解鋁但會產生NO氣體，污染空氣，硝酸利用率低；而鋁與稀硫酸反應速率較快，產生的H₂對空氣無污染，則選稀硫酸溶解Al最好，
故答案為：B；
（6）中心離子和配體組成內界，其余部分為外界，則Na₃AlF₆中Na⁺為外界，[AlF₆]^3-為內界；配原子的數目即是配位數，所以配位數為6，故答案為：[AlF₆]^3-；6．

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．