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3-4 铝
铝(Al)是两性金属，有钝化性。Al2O3有两种变体，其中，( α - A ∣2O3称为刚玉，非常致密，硬度仅
次于金刚石和金刚砂(SiC)，可制作刚玉坩埚(刚玉粉和黏土按照一定比例混合加热到2100K 左右可制得)，
在(α-Al₂O₃ 中掺 C r
3+，可制成人造宝石——红宝石； γ - A l2O3为活性氧化铝，表面积大，可作为吸附
剂和催化剂载体。
在 AlF3晶体中, Al 的配位数为4。在 Al2Cl6和Al2I6中, Al 的配位数为4，它们的结构如图所示。
Al2Cl6易水解,所以AlCl3只能用干法制备:
2 Al+3C l2=2 AlC l3
2 Al+6 HCl(g)=2 AlC l3+3 H 2
沸石 (M x/n[( AlO2)x(SiO2)y]⋅m H 2O)由SiO4和 AlO4四面体结构单元组成，其原子排布如图所
示。
所有硅氧四面体和铝氧四面体都通过共用顶点的氧原子而连接成多元环，常见的为四元环和六元
环。
多元环能互相连接而形成立体的骨架，骨架是中空的，称为空穴(笼)，由8 个六元环和6 个四元环
构成的笼叫作β 笼。
【典例1】
【审题要点】
1．某科研团队设计了从某种铝矿石(主要成分为
)中提炼金属铝，并回收镁、铁等金
属资源，其工艺流程如图所示，回答下列问题：
（1）“碱浸”中
发生反应的离子方程式为
___________。
（2）“沉淀”过程中生成沉淀的离子方程式为___________。
（3）滤渣1 中的主要成分为___________。
（4）“溶解”时发生化合反应的化学方程式为___________，
“热解”的混合气体可以返回到___________(填步骤名
称)步骤中循环利用。
（5）复杂硅酸盐组成可用氧化物表示，如
可表
示为
。现有一种含铁、硅等元素
的矿石，其主要成分为
，该物质中+2
价铁与+3 价铁的物质的量之比为___________。将m g 该
矿石用足量稀硫酸溶解后，加入过量铜粉使溶液中的铁元
素全部变为
，过滤后用
的酸性
溶液
与滤液中
反应，用去V mL 溶液。m g 该矿石中铁元
素的质量为___________(用含
的代数式表示)。
本题以某铝矿石（主要成分为 Al₂O₃、
MgO、Fe₂O₃）为原料，通过碱浸、沉淀、
溶解、热解等步骤提取金属铝，并回收镁、
铁资源。题干给出了完整的流程图，并提供
了复杂硅酸盐的氧化物表示方法以及氧化还
原滴定计算的相关信息。问题涉及离子方程
式书写、沉淀成分判断、化学反应方程式、
循环利用、化合价计算及质量分数的代数表
达。审题时需重点关注：
原料成分：铝矿石含 Al₂O₃、MgO、
Fe₂O₃，但流程中未提及硅，故滤渣可能
不含硅。
流程图步骤：粉碎后碱浸（NaOH）→
过滤得滤渣1（MgO、Fe₂O₃）和滤液1
（NaAlO₂、NaOH）→ 滤液1 通过量
CO₂ 得 Al(OH)₃ 沉淀 → 煅烧得 Al₂O₃
→ 电解得 Al；滤渣1 通 CO₂ 和水蒸气
溶解 MgO 得 Mg(HCO₃)₂ 溶液，过滤得
固体1 （Fe₂O₃ ）→ 滤液2 热解得
MgCO₃ 沉淀 → 煅烧得 MgO。
已知信息：复杂硅酸盐可用氧化物表
示；后续滴定涉及铁元素物质的量计
算。
问题类型：离子方程式（碱浸、沉
淀）、滤渣成分、溶解反应方程式、循
【答案】（1）
（2）
（3）
（4）
溶解或沉
淀
（5）
(或
)
【解析】铝矿石(主要成分为
、MgO、
)，粉碎后加
入NaOH 碱浸，主要成分中只有
与碱反应，则滤渣
1 为MgO、
，滤液1 的主要含
和过量
的NaOH，在滤液1 中通入过量二氧化碳气体，得到
沉淀，加热分解生成
；滤渣1 中通入二氧
化碳和水蒸气，将MgO 溶解，得到的滤液2 含
，固体1 为
，滤液2 经过热解生成
固体，煅烧得到MgO。
（1）碱浸过程中，
氢氧化钠溶液反应，离子方程式
为：
；
（2）通过分析内容可知，产生沉淀的反应物为滤液1 中的
，它与过量二氧化碳发生反应的离子反应
方程式为：
；
（3）由分析可知，滤渣1 中的主要成分为
，故
答案为：
；
（4）滤液2 热解可以得到
，且产生混合气体，可知滤
液2 含
，溶解的化学方程式为
，热解的混合气体为
和
，因此可以返回到溶解或沉淀步骤中循环利用，
故答案为：
；溶解或沉
淀；
（5）设1 mol
中有x mol
、y mol
环利用、化合价计算、质量分数表达
式。
【思路分析】
碱浸离子方程式：Al₂O₃ 是两性氧化物，
与 NaOH 反应生成 NaAlO₂ 和水，离子
方程式为 Al₂O₃ + 2OH⁻ = 2AlO₂⁻ + H₂O。
注意 Al₂O₃ 是固体，写化学式。
沉淀离子方程式：滤液1 中 AlO₂⁻ 与过
量 CO₂ 反应生成 Al(OH)₃ 沉淀和
HCO₃⁻，离子方程式为 AlO₂⁻ + CO₂ +
2H₂O = Al(OH)₃↓ + HCO₃⁻（或写为 AlO₂⁻
+ CO₂ + 2H₂O = Al(OH)₃↓ + HCO₃⁻）。
滤渣1 成分：碱浸时 Al₂O₃ 溶解，MgO
和 Fe₂O₃ 不溶于 NaOH，因此滤渣1 为
MgO 和 Fe₂O₃。
溶解反应与循环利用：滤渣1 通 CO₂ 和
水蒸气，MgO 溶解生成 Mg(HCO₃)₂，反
应为 MgO + 2CO₂ + H₂O = Mg(HCO₃)₂。
热解 Mg(HCO₃)₂ 产生的混合气体为 CO₂
和 H₂O（g），可返回到溶解或沉淀步骤
循环利用。
化合价计算：
铁元素质量计算：用酸性 KMnO₄ 滴定
Fe²⁺，反应为 5Fe²⁺ + MnO₄⁻ + 8H⁺ = 5Fe³⁺
+ Mn²⁺ + 4H₂O。n(KMnO₄)=cV×10⁻³ mol，
则 n(Fe²⁺)=5n(KMnO₄)=5cV×10⁻³ mol，铁
元素总物质的量即为 n(Fe²⁺)，质量为
56×5cV×10⁻³ = 0.28cV g。
，则x+y=5，根据正负化合价代数和为0 知：
即2x+3y=12，
可解得x=3，y=2，则该物质中+2 价铁与+3 价铁的物质的
量之比为3：2；
首先，矿石经硫酸溶解后，铁以
和
形式进入溶液，
加入过量铜粉将
还原为
，使所有铁元素转化为
。然后，用酸性
溶液滴定
，发生反应：
，消耗的
物质的量为
，则
，此即矿石中铁
元素的总物质的量，则铁元素的质量为
，故答案为：
；
(或
)。
【典例2】
【审题要点】
2．明矾[
]在造纸等方面应用广泛。工业上
以铝灰(主要成分为
、Fe、
，其他成分忽略)为
原料制备明矾和铁红的工艺流程如图所示。
已知：pH 约为3.7 时，
完全转化为
沉淀。
回答下列问题：
（1）明矾在水溶液中的电离方程式为___________；从物质分
类的角度考虑，明矾属于___________(填“酸”“碱”或
“盐”)。
（2）经检验，“酸溶”后的溶液中不含
，原因可能为
___________。
（3）“转化”过程中加入
将
转化为
，反应的
本题以铝灰（主要成分为 Al₂O₃、Fe、
Fe₂O₃，含少量其他杂质）为原料制备明矾
[KAl(SO₄)₂·12H₂O] 和铁红（Fe₂O₃）。流程
包括：酸溶（过量 H₂SO₄）→ 过滤 → 转化
（加 H₂O₂ 氧化 Fe²⁺）→ 调 pH 沉淀 Fe³⁺
→ 沉铝（加 NaHCO₃ 得 Al(OH)₃）→ 加
H₂SO₄ 和 K₂SO₄ 结晶得明矾。题干提供了
Fe³⁺ 完全沉淀的 pH 约为 3.7，并给出了铝
灰中铝的质量分数和最终产品质量，要求计
算产率。问题涉及电离方程式、物质分类、
Fe²⁺ 不存在的原因、氧化离子方程式、调
pH 目的、沉铝离子方程式、产率计算。审
题时需关注铝灰成分中 Fe 单质的存在对酸
溶后铁价态的影响，以及各步骤的试剂作用
和反应。
【思路分析】
明矾的电离和分类：明矾是复盐，完全
电离为 K⁺、Al³⁺ 和 SO₄²⁻，电离方程式
为 KAl(SO₄)₂ = K⁺ + Al³⁺ + 2SO₄²⁻ 或写
离子方程式为___________。
（4）“调pH”的目的是___________。由滤渣2 制备铁红的化
学方程式为___________。
（5）“沉铝”过程中加入
的目的是将
转化为
，写出该反应的离子方程式：___________。
（6）某工厂用a t 铝灰(含铝元素的质量分数为54%)制备
，最终得到产品b t，则产率为
___________%(用含a、b 的代数式表示，已知：
)。
【答案】（1）
或
盐
（2）铝灰中的Fe 将“酸溶”后形成的
还原为
（3）
（4） 使
转化为沉淀，与
分离
（5）
（6）
【解析】铝灰的主要成分为
、Fe、
，含有少量的
Fe 杂质，酸溶中加入过量硫酸溶解，得到硫酸铝和硫酸
亚铁以及少量的硫酸铁，过滤除去不溶性杂质，转化中加
入H2O2把亚铁离子氧化为铁离子，加入氢氧化钠溶液调
节pH，使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，铝离子仍在溶液
中，然后加入NaHCO3使转化为氢氧化铝，过滤，氢氧化
铝中加入稀硫酸、硫酸钾经蒸发浓缩并冷却结晶得到晶体
明矾。
（1）
为强电解质，在水中完全电离，电离
方程式为
或
；明矾是由金属阳离子
成 KAl(SO₄)₂·12H₂O 溶于水时晶体中的
水合离子形式。从物质分类看，明矾属
于盐。
酸溶后无 Fe³⁺ 的原因：铝灰中含有 Fe
单质，酸溶时 Fe 与 H⁺ 反应生成 Fe²⁺，
同时若有 Fe³⁺ 生成，也会被 Fe 还原为
Fe²⁺，因此溶液中不含 Fe³⁺。这是关键
点。
转化离子方程式：H₂O₂ 将 Fe²⁺ 氧化为
Fe³⁺，离子方程式为 2Fe²⁺ + H₂O₂ + 2H⁺ =
2Fe³⁺ + 2H₂O。
调 pH 的目的：使 Fe³⁺ 完全转化为
Fe(OH)₃ 沉淀，与 Al³⁺ 分离。根据已知
pH≈3.7 时 Fe³⁺ 沉淀完全，因此调 pH
至 3.7 左右。
沉铝离子方程式：加入 NaHCO₃，Al³⁺
与 HCO₃⁻ 发生双水解反应：Al³⁺ +
3HCO₃⁻ = Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑。注意 HCO₃⁻
水解呈碱性，促进 Al³⁺ 水解。
产率计算：铝灰质量为 a t，含铝质量分
数 54%，则铝元素总质量为 0.54a t。明
矾 KAl(SO₄)₂·12H₂O 的摩尔质量为 474
g/mol（已知），其中 Al 的质量分数为
27/474 ≈ 0.05696。产品 b t 中含铝质量
为 b × (27/474) t。但题目要求用代数式
表
示
，
可
能
直
接
写
为
。注意单位统
一，a、b 单位相同即可。
与酸根离子组成的化合物，属于盐；
（2）经检验，“酸溶”后的溶液中不含
，原因可能为铝
灰中的Fe 将“酸溶”后形成的
还原为
；
（3）“转化”过程中加入
将
转化为
，反应的
离子方程式为
；
（4）“调pH”的目的是使
转化为沉淀，与
分离；由
滤渣2 制备铁红的化学方程式为
；
（5）“沉铝”中加入NaHCO3目的是将Al3+转化为Al(OH)3，
该反应的离子方程式为
；
（6）某工厂用at 铝灰(含铝元素的质量分数为54%)制备
，最终得到产品bt，结合Al 元素守
恒，产率为
。
3．Ⅰ．明矾
在造纸、净水等方面应用广泛，实验室以铝灰为原料制备明矾的流程
如图所示。
已知：①铝灰含
、
和少量
、
、
等；
②
不溶于强酸
回答下列问题：
（1）“酸浸”后溶液中主要的金属阳离子有
、___________。
（2）①“氧化”过程中的离子反应方程式：___________。
②
的“氧化效率”与温度的关系如图1 所示，试解释温度升高，“氧化效率”降低的可能原因是
___________。
（3）溶液的
对铝、铁沉淀率的影响如图2 所示。“调
”时应控制溶液的
范围为
___________(填字母)。
A．3.0∼3.5 B．4.0∼4.5 C．4.5∼5.0
Ⅱ．流程需要
溶液
，若由你配制所需溶液，回答下列问题：
品名：硫酸
化学式：
相对分子质量：98
密度：
质量分数：98%
（4）实验中除量筒、烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还需要的主要仪器有：___________。
（5）计算所需浓硫酸的体积约为___________
(精确到
)。
（6）下列操作会引起所配溶液浓度偏小的是___________(填字母)。
A．定容时仰视刻度线
B．容量瓶中原来有少量蒸馏水
C．用量筒量取浓硫酸时，仰视量筒的刻度
D．向容量瓶中转移溶液时，有少量液体溅出
（7）产品
(摩尔质量为
)纯度测定：取
样品，配成
溶液，量取
待测液于锥形瓶中，加入
酸性
溶液至恰好完全反应，消耗
溶液体积为
，
纯度为___________。(用含M、a、c、b 的式子表示)
【答案】（1）
、
（2）
温度过高可能会导致
分解
（3）A
（4）
容量瓶
（5）13.6
（6）AD
（7）
%或
【解析】铝灰中含有Al、Al2O3和少量FeO、Fe2O3、SiO2等，将铝灰加入稀硫酸中酸浸，Al、Al2O3、
FeO、Fe2O3分别与硫酸反应，生成相应的硫酸盐，SiO2不溶而成为滤渣1；过滤后，往滤液中加入
足量的H2O2，将Fe2+氧化为Fe3+，再加入适量的KOH，调节溶液的pH，使Fe3+全部转化为Fe(OH)3
沉淀；过滤后，往滤液中加入过量氨水，使Al3+全部转化为Al(OH)3沉淀；过滤后，往沉淀中加入
稀硫酸、K2SO4，蒸发浓缩、冷却结晶，从而制得明矾晶体，据此分析；
（1）由分析可知，“酸浸”后溶液中主要的金属离子有Fe3+、
、
；
（2）①“氧化”过程中，加入足量的H2O2，将Fe2+氧化为Fe3+，则H2O2的作用是
；
②H2O2的热稳定性差，从图中可以看出，温度过高，“氧化效率”降低，可能原因是：温度过高可能
会导致
分解；
（3）从图中可以看出，“调pH”时应控制溶液的pH 范围为3.0~3.5，故选A；
（4）配制
溶液
，需要用到量筒、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、500 mL 容量瓶
等；
（5）浓硫酸的浓度：
，稀释前后溶质物质的量不变，则所需浓
硫酸的体积约为
mL；
（6）A．定容时仰视刻度线，则水加多了，所配溶液浓度偏小，A 符合题意；
B．容量瓶中原来有少量蒸馏水，不影响溶液浓度，B 不符合题意；
C．用量筒量取浓硫酸时，仰视量筒的刻度，量取浓硫酸的体积偏大，所配溶液浓度偏大，C 不符合题
意；
D．向容量瓶中转移溶液时，有少量液体溅出，溶质物质的量偏小，所配溶液浓度偏小；，D 符合题
意；
故选AD；
（7）
物质的量为
，根据
可知，当
时，
恰好完全反应，则
，
纯度为
。
2．一种以低品位红土镍矿（主要含
、
、
、
、
等）为原料获得净水剂黄钠铁
矾
并回收铝的工艺流程如下
已知：①黄钠铁矾为不溶于水橙黄色晶体；回答下列问题：
（1）黄钠铁矾
中铁元素的化合价为_____。
（2）为加快酸浸速率，可以采取的措施_____（填1 条即可）。
（3）“氧化”发生的离子方程式为_____。
（4）研究发现“造矾”反应溶液pH 值与黄钠铁矾沉铁率、溶液铝保有率变化如图所示。溶液铝保有率
越高，所得黄钠铁矾纯度越高。沉铁的最佳pH 为_____；随着pH 的升高，溶液中铝的保有率降
低，可能的原因是_____。
（5）通入足量
，“沉铝”后的滤液中主要成分是_____（填化学式），列举该物质在生产生活的一
种用途_____。
（6）滤渣2 主要为
，可能含有少量
。请设计实验方案验证滤渣2 中含有
：
_____。
【答案】（1）+3
（2）将红土镍矿粉碎
（3）
（4） 2.5； pH 升高，溶液中氢氧根离子浓度增大，铝元素转化为氢氧化铝沉淀，导致溶液中
铝的保有率降低
（5）
制作发酵粉
（6）取少量滤渣2 于试管中，加入稀盐酸使其完全溶解，再向溶液中滴加几滴溶液，溶液变为红色，
证明滤渣2 中含有
【解析】红土镍矿中的金属氧化物与稀硫酸发生复分解反应生成可溶性硫酸盐，实现金属元素的浸出；
加入过氧化氢将亚铁离子氧化为铁离子，为黄褐铁矿的生成提供铁源；加入碳酸钠调节溶液pH，
使铁元素转化为黄褐铁矿沉淀实现铁的分离与富集；加入过量氢氧化钠，镁离子转化为氢氧化镁沉
淀，铝元素转化为偏铝酸钠进入溶液，实现镁与铝的分离；通入足量二氧化碳，偏铝酸钠与二氧化
碳、水反应生成氢氧化铝沉淀，实现铝的回收；滤液中主要成分为碳酸氢钠。
（1）在化合物
中，钠元素化合价为+1，硫酸根离子整体化合价为−2，氢氧根离子
整体化合价为−1，设铁元素化合价为x，根据化合物中正负化合价代数和为零，可得
2×(+1)+6x+4×(−2)+12×(−1)=0，计算得出x=+3。
（2）加快酸浸速率可通过增大反应物接触面积、升高温度、增大反应物浓度、搅拌等方式实现，将红
土镍矿粉碎能增大矿石与稀硫酸的接触面积，从而加快酸浸反应速率。
（3）酸浸后溶液中含有亚铁离子，加入过氧化氢的目的是将亚铁离子氧化为铁离子，酸性条件下过氧
化氢与亚铁离子发生氧化还原反应，生成铁离子和水，反应的离子方程式为
。
（4）由图像可知，pH 为2.5 时，黄褐铁矿沉淀率达到较高水平，同时溶液保有率也处于较高值，此条
件下既能保证铁的充分沉淀，又能减少铝的损失，因此沉淀的最佳pH 为2.5；随着pH 升高，溶液
中氢氧根离子浓度不断增大，溶液中的铝离子会与氢氧根离子结合生成氢氧化铝沉淀，导致溶液中
铝元素含量减少，铝的保有率降低。
（5）除杂后溶液中含有偏铝酸钠，通入足量二氧化碳，偏铝酸钠与二氧化碳、水反应生成氢氧化铝沉
淀和碳酸氢钠，因此沉淀后滤液中主要成分为
；碳酸氢钠受热易分解生成二氧化碳，可作
为发酵粉用于食品加工，也可与酸反应生成二氧化碳，用于制作泡沫灭火器，还可用于治疗胃酸过
多等。
（6）滤渣2 中的能与稀盐酸反应生成氯化铁，铁离子与KSCN 溶液反应会使溶液变为红色，据此设计
实验：取少量滤渣2 于试管中，加入稀盐酸使其完全溶解，再向溶液中滴加几滴
溶液，溶液
变为红色，即可证明滤渣2 中含有
。
