Question

（16分）铝硅合金材料性能优良。铝土矿（含30% SiO₂、40.8% Al₂O₃和少量Fe₂O₃等）干法制取该合金的工艺如下：

（1）若湿法处理铝土矿，用强酸浸取时，所得溶液中阳离子有         。

（2）铝硅合金材料中若含铁，会影响其抗腐蚀性。原因是         。

（3）焙烧除铁反应：4(NH₄)₂SO₄ + Fe₂O₃ 2NH₄Fe(SO₄)₂ + 3H₂O + 6NH₃↑（Al₂O₃部分发生类似反应）。氧化物转化为硫酸盐的百分率与温度的关系如图，最适宜焙烧温度为        。指出气体Ⅰ的用途         （任写一种）。

（4）操作①包括：加水溶解、         。若所得溶液中加入过量NaOH溶液，含铝微粒发生反应的离子方程式为            。

（5）用焦炭还原SiO₂、Al₂O₃会产生中间体SiC、Al₄C₃。任写一个高温下中间体又与Al₂O₃反应生成铝、硅单质的化学方程式            。

（6）不计损失，投入1t铝土矿，当加入27kg纯铝后，铝硅合金中m：n =        （摩尔质量：SiO₂---60g/mol  Al₂O₃---102 g/mol）。

Answer

（1）Al3+、Fe3+、H+（2分） （2）铁与铝形成原电池，加快了铝的腐蚀（2分） （3）300℃（2分） 氮肥、用硫酸吸收气体（氨气）循环到焙烧过程中等（2分） （4）过滤（2分） Al3++4OH- = AlO2-+2H2O或Al3++4OH- = Al(OH)4-（2分）（5）Al4C3+Al2O36Al+3CO↑或者3SiC+Al2O33Si+2Al+3CO↑ （2分） （6）9∶5（2分）

【解析】

试题分析：（1）若湿法处理铝土矿，用强酸浸取时，Al2O3、Fe2O3和酸反应生成Al3+、Fe3+，为了保证反应的充分，酸要过量，溶液中还有大量的H+，所以所得溶液中阳离子有Al3+、Fe3+、H+。（2）铝硅合金材料中若含铁，会影响其抗腐蚀性是因为铁与铝形成原电池，加快了铝的腐蚀。（3）从图中看出，300℃时Fe2O3的转化率已经很高。升高温度变化不大，而在300℃时Al2O3转化率低，为了减少Al2O3发生反应，温度最好控制在300℃；根据方程式可以知道气体1是NH3，可以用来作氮肥，还可以用硫酸吸收循环到焙烧过程中等。（4）固体Ⅱ的主要成分有SiO2 、Al2O3 、NH4Fe(SO4)2，SiO2 和Al2O3难溶于水， NH4Fe(SO4)2可溶于水，可以用过滤的方法分离；焙烧时有一部分Al2O3 发生反应生成NH4Al(SO4)2，所得的溶液中含有Al3+，加入过量的NaOH溶液，Al3+发生反应的离子方程式为：Al3++4OH- = AlO2-+2H2O或Al3++4OH- = Al(OH)4-。（5）中间体SiC、Al4C3又与Al2O3反应生成铝、硅单质，化学方程式为Al4C3+Al2O36Al+3CO↑或者3SiC+Al2O33Si+2Al+3CO↑。（6）1t铝土矿可得到Si的质量为：1×30%×28/60=0.14 t=140kg，可以得到Al的质量为：1×40.8%×54/102=0.216t=216kg，当加入27kg纯铝后，铝、硅的物质的量比为：（243/27）︰(140/28)= 9∶5，所以m：n = 9∶5。

考点：化工流程题的解题方法、金属腐蚀、物质的量的计算。