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(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(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。
(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(NO3)3·9H2O
27 375
1 t×(1-10%)×x 7.5 t
=
解得:x=0.6(或60%)