Question

长余辉材料在发光照明、交通等领域具有广泛的应用前景。下图是一种利用大理石(主要成分CaCO₃和MgCO₃)和铝土矿(主要成分Al₂O₃，还含少量Fe₂O₃杂质)制备一种长余辉材料(Ca₁₂Al₁₄O_x)的工艺流程图。回答下列问题：

(1)Ca₁₂Al₁₄O_x中x的数值为 ______，试剂X的名称是_________。

(2)NH₄Cl溶液能溶解“粉末”的原因是_________，发生的主要反应的化学方程为______。

(3)反应②的离子方程式为 _______。

(4)实验室加热Al(OH)₃应在________(填仪器名称)进行；操作①包括_____、干燥等。

(5)若溶液甲中c(Mg²⁺) <5×10^-5mol•L^-1元素损失，此时应调节溶液pH大于______，为减少钙元素损失，应控制溶液甲中c(Ca²⁺)≤______。常温下K_sp[Mg(OH)₂]=5×10^－11，K_sp[Ca(OH)₂]=5×10^－6。

Answer

33 氢氧化钠溶液 NH4Cl溶液中铵根离子水解，溶液呈酸性 CaCl2＋2NH3＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2NH4Cl AlO2－＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCO3－ 坩埚 过滤、洗涤 11 5mol·L－1

【解析】

大理石在高温下煅烧，CaCO3和MgCO3均分解生成CaO和MgO，加入NH4Cl溶解，得到CaCl2和MgCl2的混合溶液，通入NH3，Mg2＋转化为Mg(OH)2，过滤除去，CaCl2溶液中加入NH3、CO2得到CaCO3。铝土矿中含有Al2O3和Fe2O3，利用Al2O3溶于强碱，进行分离，加入强碱，得到AlO2－溶液，通过CO2，可将AlO2－转化为Al(OH)3，加热分解得到Al2O3。最终得到长余辉材料。

(1)根据化合物中各种元素化合价的代数和等于零，Ca12Al14Ox中Ca、Al的化合价分别为＋2、＋3，则有12×2＋14×3＋(－2)x=0，得x=33；

铝土矿中含有Al2O3和Fe2O3，利用Al2O3溶于强碱，进行分离，X为强碱，根据后面的流程得到NaHCO3，可知该强碱为氢氧化钠溶液；

(2)CaCO3和MgCO3在高温下煅烧生成CaO和MgO粉末，因NH4Cl为强酸弱碱盐，其溶液中的NH4＋水解使得溶液呈酸性，能够溶解CaO和MgO，生成Ca2＋、Mg2＋，通入NH3后Mg2＋形成Mg(OH)2沉淀，过滤除去，溶液乙为CaCl2溶液，再通入NH3和CO2，发生反应CaCl2＋2NH3＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2NH4Cl；

(3)由流程图可知，反应②为NaAlO2溶液中通入过量的CO2，生成Al(OH)3和NaHCO3，离子方程式为AlO2－＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCO3－；

(4)加热固体需要坩埚；操作①是为了得到CaCO3沉淀，具体操作为过滤、洗涤、干燥等；

(5)=5×10－11，若溶液甲中c(Mg2+)<5×10-5mol•L-1，代入数据，，则pH=，则pH应该大于11；

pH=11时，溶液中c(OH－)=10－3mol·L－1，带入数据，，带入数据，c(Ca2＋)=5mol·L－1，为减少钙元素损失，应控制溶液甲中c(Ca2+)≤5mol·L－1。