Question

(12分) 實驗室中以鋁土礦(主要成分是Al₂O₃和少量的SiO₂和Fe₂O₃雜質)為原料制取Al₂(SO₄)₃和銨明礬晶體[NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O]的工藝流程如下：

試回答下列問題：
⑴固體a的化學式為_____，III中通入過量CO₂氣體的離子方程式為                    。
⑵由V制取銨明礬溶液的化學方程式為__________________________，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實驗操作依次為（填操作名稱）           、冷卻結晶、過濾洗滌。
⑶以1000kg含氧化鋁36%的鋁土礦為原料制取Al₂(SO₄)₃，需消耗質量分數98%的硫酸（密度1.84g/cm³）___________L（保留一位小數）。
⑷若同時制取銨明礬和硫酸鋁，通過控制硫酸的用量調節兩種產品的產量。若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質的量之比為1:1，則投料時鋁土礦中Al₂O₃和H₂SO₄的物質的量之比為___________。

Answer 1

（12分）
⑴SiO₂（2分）    AlO₂^-+CO₂+2H₂O ==HCO₃^-+Al(OH)₃↓（2分）
⑵Al₂(SO₄)₃ + H₂SO₄ + 2NH₃ ==2NH₄Al(SO₄)₂（2分）  蒸發濃縮（2分）
⑶575.4L（2分） ⑷3:10（2分）

鋁土礦中含有Al₂O₃、SiO₂和Fe₂O₃，當加入過量的鹽酸時，SiO₂是酸性氧化物不與鹽酸反應，而Al₂O₃為兩性氧化物，與過量的鹽酸反應生成ALCL₃；Fe₂O₃為堿性氧化物，與過量的鹽酸反應生成FeCL₃，所以，反應后經過濾得到的固體a為SiO₂固體；再向濾液中加入過量的氫氧化鈉溶液時，FeCL₃與氫氧化鈉反應生成氫氧化鐵紅褐色沉淀，而ALCL₃則與過量的氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉溶液；再過濾后得到的固體b為氫氧化鐵溶液，再向濾液中通入足量的CO₂氣體時，偏鋁酸鈉會與CO₂反應生成氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁不穩定，加熱分解成氧化鋁，向氧化鋁中加入足量的硫酸會生成硫酸鋁溶液，再通入足量的氨氣，則生成銨明礬溶液，再經蒸發濃縮、冷卻結晶即可得晶體。
所以：
⑴SiO₂   AlO₂^-+CO₂+2H₂O ==HCO₃^-+Al(OH)₃↓
⑵Al₂(SO₄)₃ + H₂SO₄ + 2NH₃ ==2NH₄Al(SO₄)₂  蒸發濃縮
（3）1000kg含氧化鋁36%的鋁土礦中氧化鋁的質量=360kg，即氧化鋁的物質的量=在Al₂(SO₄)₃的化學式中分析可得，硫酸根離子與鋁離子的物質的量之比=3：2，進而可求得需消耗質量分數98%的硫酸575.4L。