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）是工業上制取鋁的原料。實驗室模擬工業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的化學式為___，固體b化學式為___，Ⅲ中通入足量CO2氣體發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___。

（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，產生沉淀的質量和加入NaOH溶液體積的關系曲線如圖所示。則混合物中三氧化二鋁的質量分數為___。

（5）有一種含鐵、硅等元素的礦石，其主要成分的化學式為Na2Fe5(OH)2Si8O22，該物質中+2價鐵與+3價鐵的物質的量之比為___。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為Fe2+，過濾后濾液用cmol/L的KMnO4酸性溶液與Fe2+反應，用去VmL溶液。該礦石中鐵元素的質量分數為___（用含m、c、V的代數式表示）。

Answer 1

【答案】SiO2 Fe(OH)3 AlO2-+CO2+2H2O＝HCO3-+Al（OH）3↓ Al2O3+4H2SO4+2NH3＝2NH4Al（SO4）2+3H2O 過濾 蒸發濃縮 冷卻結晶 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變成氫氧化鐵沉淀，氯化鋁轉變成偏鋁酸鈉，過濾，在偏鋁酸鈉溶液中通過量的二氧化碳，產生氫氧化鋁，分解得到氧化鋁，加足量硫酸溶解產生硫酸鋁，通氨氣得到銨明礬溶液，結晶得到晶體，據此過程分析解答。

(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，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，氯化鐵與堿反應產生氫氧化鐵紅褐色沉淀即固體b，氯化鋁與氫氧化鈉反應最終轉變成偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉與二氧化碳反應產生氫氧化鋁沉淀，反應為：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產生銨明礬的過程，反應為：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，應采用過濾的方法；銨明礬溶液中制銨明礬晶體應該采用降溫結晶的方法，先對稀溶液進行蒸發濃縮后再進行降溫結晶，然后過濾后洗滌，干燥，

故答案為：過濾；蒸發濃縮；冷卻結晶；

（4）三種氧化物中二氧化硅不溶于鹽酸，鐵鋁的氧化物轉變成氯化鐵和氯化鋁，再加堿起始階段沒有沉淀產生說明鹽酸過量，氫氧化鈉先中和未反應的酸，再與鹽反應產生沉淀，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，結合圖示可知100-110mL階段發生如下反應： ，消耗氫氧化鈉的物質的量為：，則氫氧化鋁的物質的量也為0.1mol，根據鋁元素守恒可知：氧化鋁的物質的量為0.05mol，則混合物中三氧化二鋁的質量分數為= ，

故答案為：51%；

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

故答案為：3:2；×100%。