Question

铝土矿是工业上制备金属铝的主要原料，其主要成分是Al₂O₃，同时还含有SiO₂ 和Fe₂O₃。工业上可使用碱浸法提取铝土矿中的 Al₂O₃，其工业流程如图所示。根据图示信息，回答下列问题。

(1)为了提高铝土矿的浸取效率，可采用的方法是：______。

(2)第一次沉淀时发生了一系列离子反应，除了生成固体 B 的反应外，还有另外两个反应，请分别写出它们的离子方程式：_______，______。

(3)液体试剂 a 的化学式为_________。

(4)该工艺的副产品存在于滤液 X 中，除 Na₂SO₄ 外，其主要成分是________     (填化学式)。试列举一项该副产品在工业生产或日常生活中的用途：________。

(5)操作①的名称为____。若在实验室中进行该操作，样品应放置在_______中。

(6)最后一步电解时往往需要加入适量冰晶石，其作用是 __________。

(7)取 10.0 g 铝土矿按照上述工艺进行处理，并在工艺中使用 5.0 mol/L 的稀硫酸。第一次沉淀时所得沉淀的质量与加入硫酸的体积变化关系如图所示。则该铝土矿样品中 Al₂O₃ 的质量分数为 ________。

Answer

①粉碎铝土矿样品，增大接触面积；②浸取时不断搅拌；③浸取时适当升温，加速反应 H+ +OH- = H2O + 4H+ = Al3+ + 2H2O NH3•H2O (NH4)2SO4 氮肥 灼烧 坩埚 降低Al2O3的熔化温度，节约能源 51%

【解析】

铝土矿的主要成分是Al2O3，同时还含有SiO2 和Fe2O3，加入过量的NaOH溶液后，Al2O3、SiO2分别转化为和，而Fe2O3不溶解，所以滤渣A为Fe2O3；滤液中加入过量的硫酸，转化为Al3+，转化为H2SiO3沉淀，过滤所得滤渣B为H2SiO3沉淀；滤液中加入过量氨水，此时Al3+转化为Al(OH)3沉淀，过滤，所得滤液为Na2SO4、(NH4)2SO4等，滤渣为Al(OH)3，灼烧得Al2O3，熔融电解便可获得Al。

(1)为了提高铝土矿的浸取效率，可通过提高温度、增大接触面积的方法，所以可采用的方法是：①粉碎铝土矿样品，增大接触面积；②浸取时不断搅拌；③浸取时适当升温，加速反应。答案为：①粉碎铝土矿样品，增大接触面积；②浸取时不断搅拌；③浸取时适当升温，加速反应；

(2)第一次沉淀时，加入过量的硫酸，转化为Al3+，转化为H2SiO3沉淀，同时前面加入的过量NaOH也会与硫酸发生反应，它们的离子方程式：H+ +OH- = H2O，+ 4H+ = Al3+ + 2H2O。答案为：H+ +OH- = H2O；+ 4H+ = Al3+ + 2H2O；

(3)为了将Al3+转化为Al(OH)3沉淀，需加入氨水，所以液体试剂 a 的化学式为NH3•H2O。答案为：NH3•H2O；

(4)由以上分析可知，该工艺的副产品存在于滤液 X 中，除 Na2SO4 外，其主要成分是(NH4)2SO4。该副产品在工业生产或日常生活中常被用作化肥，所以其用途是：氮肥。答案为：(NH4)2SO4；氮肥；

(5)操作①是将Al(OH)3转化为Al2O3，其名称为灼烧。若在实验室中进行该操作，样品应放置在坩埚中。答案为：灼烧；坩埚；

(6)Al2O3的熔点很高，为降低其熔化温度，最后一步电解时往往需要加入适量冰晶石，其作用是降低Al2O3的熔化温度，节约能源。答案为：降低Al2O3的熔化温度，节约能源；

(7)从图中可以看出，加入硫酸的体积由25mL至55mL段，主要发生反应3H2SO4+2Al(OH)3＝Al2(SO4)3+6H2O，则参加反应的硫酸物质的量为n(H2SO4)= 5.0 mol/L×0.03L=0.15mol，n[Al(OH)3]= =0.10mol，则该铝土矿样品中 Al2O3 的质量分数为=51%。答案为：51%。