Question

【題目】鋁硅合金材料性能優良。鋁土礦（含30% SiO2、40.8% Al2O3和少量Fe2O3等）干法制取該合金的工藝如下：

（1）若濕法處理鋁土礦，用強酸浸取時，所得溶液中的金屬陽離子有_______。

（2）焙燒除鐵反應：4(NH4)2SO4 + Fe2O3 2NH4Fe(SO4)2 + 3H2O + 6NH3↑（Al2O3部分發生類似反應）。氧化物轉化為硫酸鹽的百分率與溫度的關系如圖，最適宜焙燒溫度為______。指出氣體Ⅰ的用途__________________（任寫一種）。

（3）操作①包括：加水溶解、_______。若所得溶液中加入過量NaOH溶液，含鋁微粒發生反應的離子方程式為____________________。

（4）用焦炭還原SiO2、Al2O3會產生中間體SiC、Al4C3，任寫一個高溫下中間體又與Al2O3反應生成鋁、硅單質的化學方程式______________。

Answer 1

【答案】 Fe3＋、Al3＋ 300℃ 生產氮肥（或使用硫酸吸收氨氣生成硫酸銨可在把流程中循環使用等） 過濾 Al3＋ + 4OH- == AlO2 - +2 H2O 或 Al3＋+ 4OH-= Al（OH）4-4 Al4C3 + Al2O3 ＝ 6Al+ 3CO↑（或 3SiC + Al2O3 ＝ 3Si + 2 Al +3 CO↑ )

【解析】鋁土礦(含30% SiO2、40.8% Al2O3和少量Fe2O3等)加硫酸銨焙燒，Fe2O3轉化為NH4Fe(SO4)2同時生成氨氣，加水溶解、過濾，濾渣為SiO2和Al2O3，用焦炭在高溫條件下還原SiO2、Al2O3得到硅鋁熔體，在加純鋁攪拌，得到硅鋁合金。

(1)鋁土礦中的氧化鋁和氧化鐵能溶于強酸生成Al3+、Fe3+，另外還有剩余的H+，所以溶液中的金屬陽離子有Al3+、Fe3+；故答案為：Al3+、Fe3+；

(2)焙燒時盡可能是氧化鐵反應，而氧化鋁不反應，由圖可知在300℃時，氧化鐵轉化為硫酸鹽的百分率很高，而氧化鋁轉化為硫酸鹽的百分率最低，所以最適宜焙燒溫度為300℃；氣體Ⅰ為氨氣，氨氣可以用于制氮肥，也可以用硫酸吸收來備硫酸銨循環到焙燒過程中；故答案為：300℃；制氮肥、用硫酸吸收氣體(氨氣)循環到焙燒過程中；

(3)由流程分析可知，操作①包括：加水溶解、過濾；溶液中含有鋁離子與氫氧根離子生成偏鋁酸根離子，其反應的離子方程式為：Al3++4OH-=AlO2-+2H2O；故答案為：過濾；Al3++4OH-=AlO2-+2H2O；

(4)在高溫條件下，Al4C3與Al2O3反應生成Al和CO，其反應的方程式為：Al4C3+Al2O36Al+3CO↑或 3SiC + Al2O3 ＝ 3Si + 2 Al +3 CO↑；故答案為：Al4C3+Al2O36Al+3CO↑或 3SiC + Al2O3 ＝ 3Si + 2 Al +3 CO↑。