Question

天然铝土矿中Al₂O₃的含量为50% ~70%，杂质主要为SiO₂、Fe₂O₃、MgO等，工业上用天然铝土矿生产铝锭的工艺流程如下：

已知部分氢氧化物沉淀的pH如下表：

沉淀物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Mg(OH)2
开始沉淀时的pH(离子初始浓度为0.01 mol/L)	3.7	2.2	9.6
完全沉淀时的pH(离子浓度＜10^-5mol/L)	4.7	3.2	11.1

请回答下列问题：

(1)为了加快反应速率，提高氧化铝的利用率，通常会将铝土矿先进行“操作①”后再加入盐酸，“操作①”为______________________。

(2)加入盐酸时，氧化铝发生反应的离子方程式为_____________________。

(3)上述流程中多次重复的操作的名称为________________，该操作用到的玻璃仪器除烧杯外还需要________________ 。

(4)“溶液B"中加入物质C调节pH的范围为________________，溶液中的Mg²⁺是在操作________________ (填序号)中分离出去的。

(5)固体A的主要成分为_________________(填化学式，下同)；固体F的主要成分为________________。

(6)“操作⑥”在电解槽中进行,电解氧化铝一般是石墨和铁作两个电极,写出石墨电极上发生反应的电极反应式：________________。若电解过程中转移了3 mol电子，则阴极上生成物的质量为_________________g。

Answer

粉碎 Al2O3+6H+=2Al3++3H2O 过滤 玻璃棒、漏斗 3. 2≤pH＜3.7 ④ SiO2 Al(OH)3 2O2- -4e-=O2 ↑ 27

【解析】

天然铝土矿中Al2O3的含量为50% ~70%，杂质主要为SiO2、Fe2O3、MgO等，经过粉碎，再加入过量盐酸，除了二氧化硅，其它氧化物均和盐酸反应生成盐和水，经过滤，在溶液B中含有的阳离子为铝离子、铁离子、镁离子和过量氢离子，通过加入的C物质调pH到3. 2≤pH＜3.7范围，使铁离子沉淀完全后过滤除去，在溶液D中继续加入C物质调pH到4.7≤pH＜9.6范围，使铝离子沉淀完全，过滤得到氢氧化铝沉淀；氢氧化铝经洗涤干燥后灼烧，得到氧化铝，再电解熔融的氧化铝即可制得铝，据此回答。

(1)把固体粉碎，增加了参加反应的固体的表面积，接触面积大大增加就为了加快反应速率、还提高氧化铝的利用率，故“操作①”为粉碎；

(2)加入盐酸与氧化铝发生反应生成氯化铝和水，离子方程式为：Al2O3+6H+=2Al3++3H2O；

(3)上述流程中多次重复的操作都是分离液态和不溶性固体，即采用过滤的方法，过滤用到的玻璃仪器除烧杯外还需要玻璃棒、漏斗；

(4)“溶液B"中加入物质C调节溶液pH，使铁离子完全沉淀，而其它离子不沉淀，故调节pH的范围为3. 2≤pH＜3.7；在溶液D中继续加入C物质调pH到4.7≤pH＜9.6范围，使铝离子沉淀完全，所以溶液E中所含的Mg2+是在操作④中分离出去的；

(5)由分析知，固体A的主要成分为SiO2；固体F的主要成分为Al(OH)3；

(6)“操作⑥”即电解，在电解槽中进行，电解氧化铝一般是石墨和铁作两个电极，铁作阴极，石墨作阳极，阳极上发生氧化反应，故石墨电极上发生反应的电极反应式：2O2- -4e-=O2↑；电解的总反应和电子转移关系为： ，若电解过程中转移了3 mol电子，则阴极上生成1 molAl，质量为27g。