Question

【題目】某科研小組以難溶性鉀長(zhǎng)石（K2OAl2O36SiO2）為原料，提取Al2O3、K2CO3等物質(zhì)，工藝流程如下：

（1）煅燒過(guò)程中鉀長(zhǎng)石中的鉀元素和鋁元素在Na2CO3作用下轉(zhuǎn)化為可溶性的NaAlO2和KAlO2，寫(xiě)出Al2O3轉(zhuǎn)化為NaAlO2的化學(xué)方程式是：______________________________。

（2）已知NaAlO2和KAlO2易發(fā)生如下水解反應(yīng)：AlO2—+ 2H2OAl(OH)3 + OH— ，“浸取”時(shí)應(yīng)保持溶液呈___________性（填“酸”或“堿”）。

（3）“轉(zhuǎn)化”時(shí)加入NaOH的主要作用是______________________________（用離子方程式表示）。

（4）上述工藝中可以循環(huán)利用的主要物質(zhì)是_______________、_______________和水。

（5）以Al2O3為原料，以石墨為電極，通過(guò)電解法可制得金屬鋁。電解池中接電源負(fù)極的一極的電極反應(yīng)式是___________________。長(zhǎng)時(shí)間電解后，需要更換新的石墨電極的是________極（填“陰”或“陽(yáng)”）。

Answer 1

【答案】Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑ 堿 HCO3－+ OH－＝H2O + CO32－ Na2CO3 CO2 Al3++ 3e－＝Al 陽(yáng)

【解析】

鉀長(zhǎng)石（K2OAl2O36SiO2）加入碳酸鈉和碳酸鈣煅燒，煅燒過(guò)程中鉀長(zhǎng)石中的鉀元素和鋁元素在Na2CO3作用下轉(zhuǎn)化為可溶性的NaAlO2和KAlO2，氧化鋁和碳酸鈉發(fā)生的反應(yīng)為：Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑，氧化鋁和碳酸鈣發(fā)生類似的反應(yīng)，都生成二氧化碳。用水浸取，進(jìn)入水溶液中，然后通入過(guò)量的二氧化碳，AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-，濾液中含有碳酸氫鉀、碳酸氫鈉，加入氫氧化鈉溶液，生成碳酸鈉和碳酸鉀。

（1）根據(jù)原子守恒可知，氧化鋁和碳酸鈉在高溫下反應(yīng)生成偏鋁酸鈉的同時(shí)，一定還有二氧化碳產(chǎn)生，所以反應(yīng)化學(xué)方程式為Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑。

（2）偏鋁酸根離子水解呈堿性，所以要抑制其水解，“浸取”時(shí)應(yīng)在堿性條件下進(jìn)行。

（3）由工藝流程可知，濾液中主要含有碳酸氫鉀、碳酸氫鈉，“轉(zhuǎn)化”時(shí)加入NaOH，將碳酸氫鉀、碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鉀、碳酸鈉，反應(yīng)離子反應(yīng)方程式為HCO3－+ OH－＝H2O + CO32－。

（4）煅燒時(shí)需要碳酸鈉，在流程圖提取碳酸鉀之前可得到碳酸鈉，所以碳酸鈉是可以參與可循環(huán)利用的物質(zhì)。在浸出液中需通二氧化碳，而碳酸鈣與二氧化硅、氧化鋁和碳酸鈉在高溫下反應(yīng)都有二氧化碳生成，所以二氧化碳也是可以參與循環(huán)使用的物質(zhì)。

（5）電解池中連接電源負(fù)極的電極為陰極，陰極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。所以鋁離子在陰極放電生成Al，電極反應(yīng)式為Al3++ 3e－＝Al。電極過(guò)程中陽(yáng)極生成氧氣，生成的氧氣會(huì)和碳反應(yīng)生成二氧化碳，陽(yáng)極石墨被消耗，因此需要更換新的石墨電極的是陽(yáng)極。