Question

20．工業(yè)上用鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃等）提取Al₂O₃作冶煉鋁的原料，由熔鹽電解法獲得的粗鋁中含一定量的金屬鈉和氫氣，這些雜質(zhì)可采用吹氣精煉法除去，產(chǎn)生的尾氣經(jīng)處理后可用于鋼材鍍鋁．工藝流程如圖所示：（已知：NaCl熔點(diǎn)為801℃；AlCl₃在181℃升華）

（1）赤泥中的主要成分是Fe₂O₃（化學(xué)式）；向?yàn)V液中通入過(guò)量CO₂所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（2）精煉前，需清除坩堝表面的氧化鐵和石英砂，防止精煉時(shí)它們分別與鋁發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生新的雜質(zhì)，則鋁和氧化鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe．
（3）將Cl₂連續(xù)通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質(zhì)隨氣泡上浮而除去．氣泡的主要成分除Cl₂外還含有HCl和AlCl₃．固態(tài)雜質(zhì)粘附于氣泡上，在熔體表面形成浮渣，浮渣中肯定存在NaCl．
（4）鍍鋁電解池中，金屬鋁為陽(yáng)極，熔融鹽電鍍液中鋁元素主要以AlCl₄^-形式存在，則陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為Al-3e^-+4Cl^-=AlCl₄^-．
（5）鋼材鍍鋁后，抗腐蝕性能會(huì)大大增強(qiáng)，其原因是表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕或致密的氧化鋁膜將環(huán)境中的電解質(zhì)溶液與內(nèi)層金屬隔離．

Answer 1

分析 氫氧化鈉與氧化鐵不反應(yīng)，流程分析可知，鋁土礦加入氫氧化鈉溶液浸取過(guò)濾，濾渣為氧化鐵，濾液中加入過(guò)量二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀，焙燒得到氧化鋁，氧化鋁電解得到粗鋁，粗鋁在坩堝中精煉高溫通入氯氣，將Cl₂連續(xù)通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質(zhì)隨氣泡上浮而除去，得到高純鋁液，氣體冷卻得到氯化鋁固體，鍍鋁電解池中，金屬鋁為陽(yáng)極，熔融鹽電鍍液中鋁元素主要以AlCl₄^-形式存在，通過(guò)電鍍?cè)诒砻驽冧X．
（1）濾液中含有偏鋁酸鈉，通入過(guò)量CO₂發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫根離子；
（2）根據(jù)氧化鐵和石英砂（主要成分是二氧化硅）能分別與鋁發(fā)生置換反應(yīng)來(lái)書寫方程式；
（3）根據(jù)題中信息：NaCl熔點(diǎn)為801℃；AlCl₃在181℃升華，在結(jié)合物質(zhì)之間的反應(yīng)來(lái)分析；
（4）電鍍池中鍍件金屬作陽(yáng)極，金屬發(fā)生氧化反應(yīng)；
（5）根據(jù)氧化鋁的性質(zhì)來(lái)回答．

解答 解：（1）氫氧化鈉與氧化鐵不反應(yīng)，所以赤泥中的主要成分是Fe₂O₃，濾液中含有偏鋁酸鈉，通入過(guò)量CO₂所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案為：Fe₂O₃；AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（2）氧化鐵和二氧化硅分別與鋁發(fā)生的是置換反應(yīng)（單質(zhì)和化合物發(fā)生反應(yīng)生成新單質(zhì)和化合物的反應(yīng)），即鋁和氧化鐵高溫反應(yīng)生成鐵和氧化鋁，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；
故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；
（3）粗鋁含有一定量的金屬鈉和氫氣，鈉、鋁和氯氣反應(yīng)生成了氯化鈉和氯化鋁，氫氣和氯氣發(fā)生反應(yīng)生成氯化氫，其中氯化鈉熔點(diǎn)為801℃，較高，是固態(tài)雜質(zhì)隨氣泡上浮，氣泡的主要成分除Cl₂外還含有HCl、AlCl₃；
故答案為：HCl、AlCl₃；NaCl；
（4）電鍍池中鍍件金屬鋁作陽(yáng)極，金屬鋁失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，Al-3e^-+4Cl^-=AlCl₄^-；
故答案為：陽(yáng)極；Al-3e^-+4Cl^-=AlCl₄^-；
（5）鋁金屬表面形成的致密氧化鋁膜具有保護(hù)作用，致密的氧化膜能隔絕鋼材與空氣中的O₂、CO₂和H₂O等接觸，使電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕不能發(fā)生；
故答案為：表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕或致密的氧化鋁膜將環(huán)境中的電解質(zhì)溶液與內(nèi)層金屬隔離．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道有關(guān)金屬的工業(yè)制備知識(shí)題目，考查角度廣，掌握相關(guān)物質(zhì)性質(zhì)和試劑作用于產(chǎn)物的判斷是解題關(guān)鍵，題目難度中等．