问题 填空题

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
pH3.35.07.812.8
 

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(Al3)=________(通常条件下,Ksp[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(NO33·9H2O],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%

(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(Al3)==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=Al3+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(NO33·9H2O

27          375

1 t×(1-10%)×x    7.5 t

解得:x=0.6(或60%)

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