Question

11．由熔鹽電解法獲得的粗鋁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．工藝流程如下：（注：NaCl熔點(diǎn)為801℃；AlCl₃在181℃時(shí)升華）

（1）精煉前，需消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)．相關(guān)的化學(xué)方程式為①Fe₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe和②3SiO₂+4Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Si；
（2）將Cl₂連續(xù)通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質(zhì)隨氣泡上浮除去．氣泡的主要成分除Cl₂外還含有HCl、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；
（3）在用廢堿液處理氣體A的過程中，所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Cl₂+2OH^-═Cl^-+ClO^-+H₂O；H⁺+OH^-═H₂O；
（4）鍍鋁電解池中，金屬鋁為陽極．熔融鹽電鍍液中鋁元素和氯元素主要以AlCl₄^-和Al₂Cl₇^-形式存在，鋁電極的主要電極反應(yīng)式為Al+7AlCl₄^--3e^-═4Al₂Cl₇^-．

Answer 1

分析 粗鋁中含有Al、Na和氫氣，在坩堝中精煉粗鋁并加熱至700℃，通入氯氣，氯氣和氫氣反應(yīng)生成HCl，Na、Al和氯氣分別生成NaCl和AlCl₃，所以得到的鋁液為高純鋁液，然后冷卻得到高純鋁錠；
NaCl熔點(diǎn)為801℃、AlCl₃在181℃時(shí)升華，所以得到的尾氣中含有HCl、Cl₂和AlCl₃，冷凝氣體，氣體A能和堿液反應(yīng)，為HCl和Cl₂，發(fā)生反應(yīng)Cl₂+2OH^-═Cl^-+ClO^-+H₂O、H⁺+OH^-═H₂O；
氣體B中含有AlCl₃，將AlCl₃和KCl、NaCl熔融，采用電鍍方法得到鍍鋁制品，
（1）①高溫下，氧化鐵和鋁發(fā)生鋁熱反應(yīng)；
②高溫下，鋁和SiO₂發(fā)生置換反應(yīng)；
（2）氣泡的主要成分除Cl₂外還含有HCl、AlCl₃；氯化鈉熔點(diǎn)較高，在熔體表面形成浮渣；
（3）氯氣和HCl都能和堿反應(yīng)生成鹽；
（4）電鍍時(shí)陽極材料是鍍層，鋁電極上鋁失電子和AlCl₄^-反應(yīng)生成Al₂Cl₇^-．

解答 解：粗鋁中含有Al、Na和氫氣，在坩堝中精煉粗鋁并加熱至700℃，通入氯氣，氯氣和氫氣反應(yīng)生成HCl，Na、Al和氯氣分別生成NaCl和AlCl₃，所以得到的鋁液為高純鋁液，然后冷卻得到高純鋁錠；
NaCl熔點(diǎn)為801℃、AlCl₃在181℃時(shí)升華，所以得到的尾氣中含有HCl、Cl₂和AlCl₃，冷凝氣體，氣體A能和堿液反應(yīng)，為HCl和Cl₂，發(fā)生反應(yīng)Cl₂+2OH^-═Cl^-+ClO^-+H₂O、H⁺+OH^-═H₂O；
氣體B中含有AlCl₃，將AlCl₃和KCl、NaCl熔融，采用電鍍方法得到鍍鋁制品；
（1）高溫下，氧化鐵和鋁發(fā)生鋁熱反應(yīng)生成氧化鋁和鐵，反應(yīng)方程式為Fe₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe，高溫下，鋁和SiO₂發(fā)生置換反應(yīng)生成氧化鋁和Si，反應(yīng)方程式為3SiO₂+4Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Si，故答案為：Fe₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；3SiO₂+4Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Si；
（2）NaCl熔點(diǎn)為801℃、AlCl₃在181℃時(shí)升華，加熱時(shí)氯化鋁升華，所以得到的尾氣中含有HCl、Cl₂和AlCl₃；氯化鈉熔點(diǎn)較高，在熔體表面形成浮渣，
故答案為：HCl、AlCl₃；NaCl；
（3）氯氣和HCl都能和堿反應(yīng)生成鹽，離子反應(yīng)方程式為Cl₂+2OH^-═Cl^-+ClO^-+H₂O、H⁺+OH^-═H₂O，故答案為：Cl₂+2OH^-═Cl^-+ClO^-+H₂O；H⁺+OH^-═H₂O；
（4）電鍍時(shí)陽極材料是鍍層，所以Al為陽極；鋁電極上鋁失電子和AlCl₄^-反應(yīng)生成Al₂Cl₇^-，電極反應(yīng)式為Al+7AlCl₄^--3e^-═4Al₂Cl₇^-，
故答案為：陽；Al+7AlCl₄^--3e^-═4Al₂Cl₇^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點(diǎn)，涉及電解原理、離子反應(yīng)、鋁熱反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，明確物質(zhì)的性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，知道流程圖中物質(zhì)成分及其性質(zhì)、發(fā)生的反應(yīng)，難點(diǎn)是（4）題電極反應(yīng)式的書寫．