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，提示：SiO₂不与HCl反应。

请回答下列问题：

（1）固体a的化学式为___。

（2）由图中Ⅱ所发生的离子方程式为___、___、___。Ⅲ所发生的离子方程式为___。

（3）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。

（4）以1000kg含氧化铝34%的铝土矿为原料制取Al₂(SO₄)₃，需消耗质量分数为98%的硫酸(密度1.84g·cm^-3)__L(保留一位小数)。

（5）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

SiO2 Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓ Al3++4OH-=AlO2-+2H2O H++OH-=H2O CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3- 蒸发浓缩 543.5 3：10

【解析】

(1) 铝土矿用盐酸溶解，Al2O3、Fe2O3反应得到AlCl3、FeCl3，SiO2不与盐酸反应，过滤得到固体a为SiO2，据此分析；

(2)滤液Ⅰ中含有AlCl3、FeCl3及剩余的HCl，再加入过量的烧碱，反应得到氢氧化铁沉淀、偏铝酸钠、氯化钠，过滤，红褐色沉淀b为氢氧化铁，溶液中含有偏铝酸钠、氯化钠及剩余的NaOH，通入过量的二氧化碳，反应生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，据此分析；

(3)从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤， 据此分析；

(4)根据Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O计算消耗溶质硫酸的质量，再计算需要硫酸溶液的质量，根据计算硫酸溶液的体积；

(5)设制得的Al2（SO4）3和NH4Al（SO4）2•12H2O的物质的量都是1 mol，根据Al3+和SO42-守恒计算。

(1)由上述分析可知，固体a的化学式为SiO2，故答案为：SiO2；

(2) 铝土矿用盐酸溶解，Al2O3、Fe2O3反应得到AlCl3、FeCl3，SiO2不与盐酸反应，过滤得到固体a为SiO2，滤液中含有AlCl3、FeCl3及剩余的HCl，再加入过量的烧碱，反应得到氢氧化铁沉淀、偏铝酸钠、氯化钠，过滤，红褐色沉淀b为氢氧化铁，溶液中含有偏铝酸钠、氯化钠及剩余的NaOH，通入过量的二氧化碳，反应生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，故答案为：Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓；Al3++4OH-=AlO2-+2H2O；H++OH-=H2O；CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-；

(3)从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤， 故答案为：蒸发浓缩；

(4) m(Al2O3)=1000kg×34%=340kg，，故，需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84g⋅cm−3)为，故答案为：543.5；

(4)设制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)2·12H2O的物质的量都是1mol，则Al3+共3mol， SO42−共5mol，根据Al3+和SO42−守恒可得，加入Al2O3和H2SO4的物质的量之比为1.5:5=3:10，故答案为：3:10。