Question

【題目】鋁是人類生活中繼銅、鐵之后又一個重要的金屬。工業(yè)上冶煉金屬鋁的原料來源于自然界中重要的礦物質(zhì)釩土（主要成分：Al2O3；還有SiO2、Fe2O3、FeCO3、MgCO3等雜質(zhì)）。從釩土中提取得到Al2O3的工藝流程如下圖所示：

請回答下列問題：

（1）固體A所含物質(zhì)的化學(xué)式（或分子式）是 。

（2）寫出溶液A與足量氣體B反應(yīng)的離子方程式 。

（3）工業(yè)冶煉金屬鋁通常用石墨碳塊作電解槽的陽極，請你根據(jù)電解原理解釋電解冶煉鋁的過程中，需要定期補充陽極碳塊的原因 。

（4）Al2O3的熔點很高，因而在工業(yè)冶煉時，需將Al2O3熔于熔化的冰晶石（Na3AlF6）中進行電解。請寫出電解過程中陰極的電極反應(yīng)式 。工業(yè)上通常將Al(OH)3和Na2CO3一同溶于氫氟酸來制取冰晶石，反應(yīng)時放出CO2氣體，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式 。

（5）有一位同學(xué)查閱資料發(fā)現(xiàn)，AlCl3的熔點很低。他提出：可通過電解熔融狀態(tài)的AlCl3制取金屬鋁。你認為他提出的方案是否可行？為什么？ 。

（6）某企業(yè)用上述工藝流程進行生產(chǎn)，每10.0t釩土可得到金屬鋁1.35t。如果不考慮生產(chǎn)過程的損耗，請你計算釩土中Al2O3的質(zhì)量分數(shù) 。

Answer 1

【答案】

（1）Fe(OH)2、Fe(OH)3、Mg(OH)2

（2）CO2+OH－== HCO3－ AlO2－ + CO2 +2H2O=Al(OH)3↓+ HCO3－

（3）電解冶煉鋁的陽極產(chǎn)物為O2氣，在高溫條件下，O2氣與陽極碳發(fā)生反應(yīng)消耗陽極碳塊。

（4）Al3++3e－==Al ； 2Al(OH)3+3Na2CO3+12HF==2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O

（5）不可行；AlCl3是共價化合物，熔融狀態(tài)的AlCl3不導(dǎo)電。

（6）25.5% 或0.255。

【解析】

試題分析：（1）釩土的主要成分是Al2O3，還有SiO2、Fe2O3、FeCO3、MgCO3等雜質(zhì)，除SiO2不反應(yīng)外，與鹽酸反應(yīng)生成的金屬陽離子有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+等，這些金屬陽離子再與氫氧化鈉反應(yīng)后生成的可溶物為NaAlO2，不溶物為Fe(OH)2、Fe(OH)3、Mg(OH)2；

（2）由（1）知溶液A主要為NaAlO2溶液和剩余的氫氧化鈉溶液，通入二氧化碳氣體首先和氫氧化鈉反應(yīng)CO2+OH－== HCO3－，然后和NaAlO2反應(yīng)AlO2－ + CO2 +2H2O=Al(OH)3↓+ HCO3－；

（3）電解冶煉鋁的陽極產(chǎn)物為O2氣，在高溫條件下，O2氣與陽極碳發(fā)生反應(yīng)消耗陽極碳塊，所以需要定期補充陽極碳塊；

（4）電解熔融的氧化鋁，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，即鋁離子得電子生成單質(zhì)鋁，陰極的電極反應(yīng)為Al3++3e－==Al；工業(yè)上通常將Al(OH)3和Na2CO3一同溶于氫氟酸來制取冰晶石，反應(yīng)時放出CO2氣體，根據(jù)原子守恒配平，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al(OH)3+3Na2CO3+12HF==2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O。

（5）AlCl3是共價化合物，在熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電，不能用來電解，而氧化鋁為離子化合物，在熔融狀態(tài)下可導(dǎo)電，可以用來電解；

（6）根據(jù)元素守恒，礬土中每1molAl會生成0.5molAl2O3，則礬土中Al2O3表示的質(zhì)量分數(shù)=（1.35×102）÷（27×2×10）×100%=25.5%。