Question

工业上用铝土矿（主要成分为Al₂O₃，还含有Fe₂O₃、SiO₂）提取氧化铝做冶炼铝的原料，提取的操作过程如下：

可供选择的试剂：稀盐酸、NaOH溶液、稀氨水，CO₂等
请写出你所设计的方案中各反应的化学方程式．
①______；
②______；
③______；
④______ Al₂O₃+3H₂O

Answer

氧化铝是两性氧化物，既溶液强酸又溶于强碱．只Fe2O3溶于强酸，不溶于碱，SiO2只溶于强碱，不溶于酸．
若①为盐酸时，则在①得到滤液中含有铝离子、铁离子，滤渣为二氧化硅．②为氢氧化钠溶液，除去铁离子，将铝离子转化为偏铝酸根，进入②得到滤液．试剂③为二氧化碳，将偏铝酸根转化为氢氧化铝沉淀．加热分解得氧化铝；
若①为氢氧化钠时，则在①得到滤液中含有偏铝酸根离子、硅酸根离子，滤渣为氧化铁．②为盐酸，除去硅酸根离子，将偏铝酸根离子转化为铝离子，进入②得到滤液．试剂③为氨水，将铝离子转化为氢氧化铝沉淀．加热分解得氧化铝．
【解析】
方案一：若①为盐酸，则在①得到滤液中含有铝离子、铁离子，滤渣为二氧化硅．②为氢氧化钠溶液，除去铁离子，将铝离子转化为偏铝酸根，进入②得到滤液．试剂③为二氧化碳，将偏铝酸根转化为氢氧化铝沉淀．加热分解得氧化铝．
①氧化铝与盐酸反应生成氯化铝和水，反应方程式为Al2O3+6HCl═2AlCl3+3H2O，
氧化铁与盐酸反应生成氯化铁与水，反应方程式为 Fe2O3+6HCl═2Fe2Cl3+3H2O．
故答案为：Al2O3+6HCl═2AlCl3+3H2O，Fe2O3+6HCl═2Fe2Cl3+3H2O；
②氯化铝与氢氧化钠反应生成四羟基合铝酸钠与氯化钠，反应方程式为AlCl3+4NaOH═Na〔Al（OH）4〕+3NaCl，
氯化铁与氢氧化钠反应生成氢氧化铁和氯化钠，反应方程式为 FeCl3+3NaOH═Fe（OH）3↓+3NaCl．
故答案为：AlCl3+4NaOH═Na〔Al（OH）4〕+3NaCl，FeCl3+3NaOH═Fe（OH）3↓+3NaCl；
③四羟基合铝酸钠溶液与二氧化碳反应，生成氢氧化铝和碳酸氢钠，反应方程式为Na〔Al（OH）4〕+CO2═Al（OH）3↓+NaHCO3，
故答案为：Na〔Al（OH）4〕+CO2═Al（OH）3↓+NaHCO3；
④氢氧化铝加热分解生成氧化铝和水，反应方程式为2Al（OH）3Al2O3+3H2O，
故答案为：2Al（OH）3Al2O3+3H2O．
（或若①为氢氧化钠溶液，则在①得到滤液中含有偏铝酸根离子、硅酸根离子，滤渣为氧化铁．②为盐酸，除去硅酸根离子，将偏铝酸根离子转化为铝离子，进入②得到滤液．试剂③为氨水，将铝离子转化为氢氧化铝沉淀．加热分解得氧化铝．
①Al2O3+2NaOH+3H2O═2Na〔Al（OH）4〕、SiO2+2NaOH═Na2SiO3+H2O；
②Na〔Al（OH）4〕+4HCl═AlCl3+NaCl+4H2O、Na2SiO3+2HCl═H2SiO3↓+2NaCl；
③AlCl3+3NH3•H2O═Al（OH）3↓+3NH4Cl；④2Al（OH）3═Al2O3+3H2O．）