Question

铝是重要的金属材料，铝土矿（主要成分是Al₂O₃和少量的SiO₂、Fe₂O₃杂质）是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al₂(SO₄)₃和铵明矾晶体[NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O]的工艺流程如图所示：

请回答下列问题：

（1）固体a的化学式为________，Ⅲ中通入足量CO₂气体发生反应的离子方程式__________________。

（2）制取铵明矾溶液的化学方程式为                                          ，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为（填操作名称）               、冷却结晶、过滤洗涤。

（3）步骤Ⅱ中是否可以用氨水代替烧碱？              （填“可以”或“不可以”），原因是                  。

（4）若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1，则投料时铝土矿中的Al₂O₃和H₂SO₄的物质的量之比为________。

Answer

（1）SiO2，AlO2-＋CO2＋2H2O＝HCO3-＋Al(OH)3↓；（2）Al2O3＋4H2SO4＋2NH3＝2NH4Al(SO4)2＋3H2O或Al2(SO4)3＋H2SO4＋2NH3＝2NH4Al(SO4)2 ；蒸发浓缩；（3） 不可以，Al(OH)3只能溶于强碱，不能溶于氨水，用氨水不能将Fe(OH)3和Al(OH)3分离； （4）3∶10。

【解析】

试题分析：（1）根据铝土矿的成分，Al2O3表现两性，Fe2O3属于碱性氧化物，SiO2属于酸性氧化物，SiO2不与盐酸反应，因此固体a为SiO2，碳酸的酸性强于偏铝酸，利用酸性强的制取酸性弱的，CO2＋AlO2－＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCO3－；(2)根据流程图，制取铵明矾溶液的化学反应方程式为：Al2O3＋4H2SO4＋2NH3=2NH4Al(SO4)2＋3H2O；根据后续操作步骤，以及得到晶体，因此第一步为加热浓缩；(3)步骤II除去铁元素，加入氢氧化钠溶液，得到红褐色沉淀，而氢氧化铝表现两性，溶于强碱，因此步骤II发生离子反应是Al3＋＋4OH－=AlO2－＋2H2O，Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓；(4)因为铵明矾和硫酸铝的物质的量为1：1，令其均为1mol，根据铝元素守恒，则n(Al2O3)=1.5mol，n[NH4Al(SO4)2]=5mol，因此两者物质的量之比为3：5。

考点：考查化学流程、铝化合物性质、化学计算等知识。