Question

【題目】鋁酸鈣(mCaO·nAl2O3)是一系列由氧化鈣和氧化鋁在高溫下燒結而成的無機化合物，被應用于水泥和滅火材料中，工業上用石灰石(主要成分為CaCO3和MgCO3)和鋁土礦(主要成分是Al2O3、Fe2O3、SiO2等)制備鋁酸鈣的流程如圖：

回答下列問題：

(1)固體B的主要成分是__(填化學式)；一系列操作包括過濾、洗滌、干燥，洗滌過程應如何操作?__。

(2)向濾液中通入CO2和NH3的順序為__，其理由是__。

(3)溶液D轉化為Al(OH)3；離子方程式是__。

(4)常溫下，用適量的NH4Cl溶液浸取煅粉后，若要保持濾液中c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1，則溶液的pH應大于__[已知：Mg(OH)2的K=5×10-12]。

(5)假設上述過程每一步均完全反應，最終得到的鋁酸鈣(3CaO·7Al2O3)的質量剛好等于原鋁土礦的質量，該鋁土礦中Al的質量分數為__(計算結果保留三位有效數字)。

Answer 1

【答案】Fe2O3 向漏斗中加水至浸沒固體，待水自然流盡后，重復此操作2~3次 先通NH3，后通CO2 NH3易溶于水且可提供堿性環境，更有利于吸收CO2參加反應(合理即可) Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+ 11 42.9%

【解析】

工業上用石灰石(主要成分為CaCO3和MgCO3)高溫煅燒，生成煅粉的主要成分為CaO和MgO，加入NH4Cl溶液，MgO最后轉化為Mg(OH)2沉淀，CaO轉化為CaCl2，通入NH3、CO2后，生成CaCO3沉淀。鋁土礦(主要成分是Al2O3、Fe2O3、SiO2等)中加入足量NaOH溶液，Al2O3、SiO2都發生反應，生成NaAlO2、Na2SiO3進入溶液A，Fe2O3不溶而成固體B；溶液A中加入鹽酸，Na2SiO3轉化為H2SiO3沉淀(固體C)，NaAlO2轉化為AlCl3(溶液D)；溶液D中通入NH3或加入氨水，生成Al(OH)3沉淀和溶液E(NH4Cl)；Al(OH)3沉淀受熱分解生成Al2O3，Al2O3與CaCO3高溫反應生成鋁酸鈣。

(1)由以上分析可知，固體B的主要成分是Fe2O3；一系列操作包括過濾、洗滌、干燥，洗滌過程中，注意選擇洗滌劑(難溶于水，用水洗)、加入量及操作方法，具體操作為：向漏斗中加水至浸沒固體，待水自然流盡后，重復此操作2~3次。答案為：Fe2O3；向漏斗中加水至浸沒固體，待水自然流盡后，重復此操作2~3次；

(2)因為CO2在水中的溶解度不大，若先通CO2，即便NH3的溶解度大，但最終生成的CaCO3也不會太多，所以應向濾液中先通入NH3，后通入CO2，因為NH3易溶于水且可提供堿性環境，更有利于吸收CO2參加反應(合理即可)。答案為：先通NH3，后通CO2；NH3易溶于水且可提供堿性環境，更有利于吸收CO2參加反應(合理即可)；

(3)溶液D中通入NH3或加入氨水，生成Al(OH)3沉淀和NH4Cl溶液，反應的離子方程式是Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+。答案為：Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+；

(4) K=5×10-12= c(Mg2+)×c2(OH-)，c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1，則c(OH-)>1×10-3mol·L-1，pH=-lgc(H+)>11。答案為：11；

(5)假設鋁酸鈣(3CaO·7Al2O3)為1mol，則質量為3×56+7×102=882g，原鋁土礦的質量為882g，該鋁土礦中Al的質量分數為=42.9%。答案為：42.9%。