Question

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)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取Al₂(SO₄)₃和銨明礬晶體[NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O]的工藝流程如圖所示：

請回答下列問題：

(1)固體a的化學式為________，Ⅲ中通入足量CO₂氣體發(fā)生反應的離子方程式為________________________________________________________________________。

(2)由Ⅴ制取銨明礬溶液的化學方程式為________，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實驗操作依次為(填操作名稱)________、冷卻結晶、過濾洗滌。

(3)以1 000 kg含氧化鋁36%的鋁土礦為原料制取Al₂(SO₄)₃，需消耗質量分數(shù)為98%的硫酸(密度1.84 g·cm^－3)________ L(保留一位小數(shù))。

(4)若同時制取銨明礬和硫酸鋁，通過控制硫酸的用量調節(jié)兩種產品的產量。若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質的量之比為1∶1，則投料時鋁土礦中的Al₂O₃和H₂SO₄的物質的量之比為________。

Answer 1

解析　(1)鋁土礦中AlO₃和Fe₂O₃能溶于鹽酸，SiO₂不溶于鹽酸，所以固體a的化學式為SiO₂。Al₂O₃溶于燒堿生成Na[Al(OH)₄]溶液，在其中通入CO₂生成Al(OH)₃沉淀。

(2)Al(OH)₃分解生成Al₂O₃，Al₂O₃與稀硫酸、氨氣反應生成銨明礬溶液。

(3)m(Al₂O₃)＝1 000 kg×36%＝360 kg，m(H₂SO₄)＝ kg＝1 037.6 kg，需消耗質量分數(shù)98%的硫酸(密度1.84 g·cm^－3)為＝575.4×10³ mL＝575.4 L。

(4)設制得的Al₂(SO₄)₃和NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O的物質的量都是1 mol，則Al^3＋共3 mol，SO共5 mol，根據(jù)鋁元素和SO守恒原理可得，加入Al₂O₃和H₂SO₄的物質的量之比為∶5＝3∶10。

答案　(1)SiO₂　[Al(OH)₄]^－＋CO₂===HCO＋Al(OH)₃↓

(2)Al₂O₃＋4H₂SO₄＋2NH₃===2NH₄Al(SO₄)₂＋3H₂O　蒸發(fā)濃縮　(3)575.4　(4)3∶10

方法技巧　首尾分析法：對一些線型流程工藝(從原料到產品為一條龍生產工序)試題，首先對比分析生產流程示意圖中的第一種物質(原材料)與最后一種物質(產品)，從對比分析中找出原料與產品之間的關系，弄清生產流程過程中原料轉化為產品的基本原理和除雜、分離提純產品的化工工藝，然后再結合題設的問題，逐一推敲解答。關鍵在于認真對比分析原料與產品的組成，從中找出將原料轉化為產品和除去原材料中所包含的雜質的基本原理和所采用的工藝生產措施。當把生產的主線弄清楚了，圍繞生產主線所設計的系列問題也就可以解答了。