题目

题型：不详难度：来源：

硝酸铝广泛用于有机合成、印染工业等。工业上以铝灰为原料（主要成分为Al，含少量Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂、CaO、MgO等）制备硝酸铝的工艺流程如下：

已知：Al（OH）₃沉淀和溶解的pH如下表：

Al（OH）3	开始沉淀	沉淀完全	沉淀开始溶解	沉淀溶解完全
pH	3.3	5.0	7.8	12.8

 
回答下列问题：
（1）碱溶时，发生主反应的离子方程式为________________________________。
（2）工艺流程中第一次加入硝酸调pH＝7.0的目的是__________________________________________________________。
pH＝7.0时，溶液中c（Al^3＋）＝________（通常条件下，K_sp[Al（OH）₃]＝1.3×10^－33）。
（3）若忽略杂质跟酸、碱的反应，则在碱溶、调pH＝7.0、酸溶过程中，理论上消耗碱、酸的物质的量之比n₁（NaOH）∶n₂（HNO₃）∶n₃（HNO₃）＝________。
（4）现用1 t铝灰制硝酸铝晶体[Al（NO₃）₃·9H₂O]，最后生产出7.5 t硝酸铝晶体，若生产过程中铝元素的损失率为10%，计算铝灰中铝元素的质量分数。

答案

（1）2Al＋2OH^－＋2H₂O=2AlO₂^-＋3H₂↑
（2）使Al（OH）₃沉淀完全　1.3×10^－12 mol·L^－1
（3）1∶1∶3
（4）60%

解析

（1）注意铝灰的主要成分为Al，主要反应是铝与碱的反应。（2）结合流程图可知，调节pH＝7.0时，过滤得到的沉淀再加HNO₃，得硝酸铝，可知沉淀为Al（OH）₃。c（Al^3＋）＝＝1.3×10^－12 mol·L^－1。（3）碱溶、调pH＝7.0、酸溶的反应分别为：2Al＋2OH^－＋2H₂O=2AlO₂^-＋3H₂↑、AlO₂^-＋H^＋＋H₂O=Al（OH）₃↓、Al（OH）₃＋3H^＋=Al^3＋＋3H₂O，得n₁（NaOH）∶n₂（HNO₃）∶n₃（HNO₃）＝1∶1∶3。
（4）设铝元素的质量分数为x
　Al　　　～　　　　Al（NO₃）₃·9H₂O
　27　　　　　　　　　　375
1 t×（1－10%）×x　　　　7.5 t
＝
解得：x＝0.6（或60%）