Question

【題目】長余輝材料在發光照明、交通等領域具有廣泛的應用前景。下圖是一種利用大理石(主要成分CaCO3和MgCO3)和鋁土礦(主要成分Al2O3，還含少量Fe2O3雜質)制備一種長余輝材料(Ca12Al14Ox)的工藝流程圖。回答下列問題：

(1)Ca12Al14Ox中x的數值為 ______，試劑X的名稱是_________。

(2)NH4Cl溶液能溶解“粉末”的原因是_________，發生的主要反應的化學方程為______。

(3)反應②的離子方程式為 _______。

(4)實驗室加熱Al(OH)3應在________(填儀器名稱)進行；操作①包括_____、干燥等。

(5)若溶液甲中c(Mg2+) <5×10-5molL-1元素損失，此時應調節溶液pH大于______，為減少鈣元素損失，應控制溶液甲中c(Ca2+)≤______。常溫下Ksp[Mg(OH)2]=5×10－11，Ksp[Ca(OH)2]=5×10－6。

Answer 1

【答案】33 氫氧化鈉溶液 NH4Cl溶液中銨根離子水解，溶液呈酸性 CaCl2＋2NH3＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2NH4Cl AlO2－＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCO3－ 坩堝 過濾、洗滌 11 5mol·L－1

【解析】

大理石在高溫下煅燒，CaCO3和MgCO3均分解生成CaO和MgO，加入NH4Cl溶解，得到CaCl2和MgCl2的混合溶液，通入NH3，Mg2＋轉化為Mg(OH)2，過濾除去，CaCl2溶液中加入NH3、CO2得到CaCO3。鋁土礦中含有Al2O3和Fe2O3，利用Al2O3溶于強堿，進行分離，加入強堿，得到AlO2－溶液，通過CO2，可將AlO2－轉化為Al(OH)3，加熱分解得到Al2O3。最終得到長余輝材料。

(1)根據化合物中各種元素化合價的代數和等于零，Ca12Al14Ox中Ca、Al的化合價分別為＋2、＋3，則有12×2＋14×3＋(－2)x=0，得x=33；

鋁土礦中含有Al2O3和Fe2O3，利用Al2O3溶于強堿，進行分離，X為強堿，根據后面的流程得到NaHCO3，可知該強堿為氫氧化鈉溶液；

(2)CaCO3和MgCO3在高溫下煅燒生成CaO和MgO粉末，因NH4Cl為強酸弱堿鹽，其溶液中的NH4＋水解使得溶液呈酸性，能夠溶解CaO和MgO，生成Ca2＋、Mg2＋，通入NH3后Mg2＋形成Mg(OH)2沉淀，過濾除去，溶液乙為CaCl2溶液，再通入NH3和CO2，發生反應CaCl2＋2NH3＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2NH4Cl；

(3)由流程圖可知，反應②為NaAlO2溶液中通入過量的CO2，生成Al(OH)3和NaHCO3，離子方程式為AlO2－＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCO3－；

(4)加熱固體需要坩堝；操作①是為了得到CaCO3沉淀，具體操作為過濾、洗滌、干燥等；

(5)=5×10－11，若溶液甲中c(Mg2+)<5×10-5molL-1，代入數據，，則pH=，則pH應該大于11；

pH=11時，溶液中c(OH－)=10－3mol·L－1，帶入數據，，帶入數據，c(Ca2＋)=5mol·L－1，為減少鈣元素損失，應控制溶液甲中c(Ca2+)≤5mol·L－1。