Question

铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是Al₂O₃和少量的SiO₂、Fe₂O₃杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al₂(SO₄)₃和铵明矾晶体[NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O]的工艺流程如图所示；

请回答下列问题：

(1)固体a的化学式为        ，Ⅲ中通入足量CO₂气体发生反应的离子方程式为                                                            。

(2)由Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为                                           ，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为(填操作名称)        、冷却结晶、过滤洗涤。

(3)以1 000 kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al₂(SO₄)₃，需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84 g·cm^－1        L(保留一位小数)。

(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1，则投料时铝土矿中的Al₂O₃和H₂SO₄的物质的量之比为        。

Answer

(1)SiO2 AlO2－＋CO2＋2H2O=HCO3－＋Al(OH)3↓

(2)Al2O3＋4H2SO4＋2NH3=2NH4Al(SO4)2＋3H2O 蒸发浓缩

(3)575.4

(4)3∶10

【解析】(1)铝土矿中Al2O3和Fe2O3能溶于盐酸，SiO2不溶于盐酸，所以固体a的化学式为SiO2。Al2O3溶于烧碱生成NaAlO2溶液，在其中通入CO2生成Al(OH)3沉淀。

(2)Al(OH)3分解生成Al2O3，Al2O3与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾溶液。

(3)m(Al2O3)＝1 000 kg×36%＝360 kg，m(H2SO4)＝kg＝1 037.6 kg，需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84 g·cm－3)为＝575.4×103 mL＝575.4 L。

(4)设制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)2·12H2O的物质的量都是1 mol，则

Al3＋共3 mol，SO42－共5 mol，根据铝原子和SO42－守恒原理可得，加入Al2O3和H2SO4的物质的量之比为∶5＝3∶10。