Question

6．鋁是當(dāng)前使用量?jī)H次于鐵的金屬．
（1）工業(yè)上以鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，含F(xiàn)eO、Fe₂O₃等雜質(zhì)）為原料冶煉鋁韻I藝流程如圖1所示：

①溶浸時(shí)反應(yīng)的離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，提高溶浸時(shí)浸出速率的方法是（答出一條即可）鋁土礦粉碎、適當(dāng)加熱、適當(dāng)提高NaOH濃度等．
②溶液乙中溶質(zhì)的化學(xué)式為NaHCO₃，操作a為加熱．
（2）如圖2是工業(yè)冶煉鋁的電解槽．
①工業(yè)上是用高熔點(diǎn)的A1₂O₃而不是用低熔點(diǎn)的A1C1₃為原料制備鋁的原因是氯化鋁為共價(jià)化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電．
②冰晶石（Na₃A1F₆）的作用是降低氯化鋁熔融溫度，陰極上的電極反應(yīng)式為Al³⁺+3e^-=Al．
③電解時(shí)會(huì)不斷被消耗的電極是陽(yáng)極（填“陰極”或“陽(yáng)極，），若電解得到9kg鋁，同時(shí)消耗石墨0.03kg，則電解過(guò)程中生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積至少為5600 L．
（3）對(duì)鋁制品進(jìn)行抗腐蝕處理，可延長(zhǎng)其使用壽命．以鋁材為陽(yáng)極、H₂SO₄溶液為電解質(zhì)溶液進(jìn)行電解，鋁材表面形成氧化膜，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）鋁土礦主要成分是Al₂O₃，含F(xiàn)eO、Fe₂O₃等雜質(zhì)，將鋁土礦用NaOH溶解，氧化鋁溶解生成NaAlO₂，F(xiàn)eO、Fe₂O₃不溶于NaOH溶液，然后采用過(guò)濾方法得到濾液甲為NaAlO₂溶液，則試劑甲為NaOH；
向?yàn)V液中通入試劑二氧化碳，所以試劑乙為二氧化碳，得到Al（OH）₃沉淀和NaHCO₃，然后采用過(guò)濾方法得到固體甲為Al（OH）₃，溶液乙為NaHCO₃；將沉淀Al（OH）₃解熱分解得到Al₂O₃，電解熔融氧化鋁得到Al單質(zhì)；
①溶浸時(shí)氧化鋁和NaOH溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，提高溶浸時(shí)浸出速率的方法有：增大氫氧化鈉溶液濃度、加熱、增大反應(yīng)物接觸面積等；
②溶液乙中溶質(zhì)的化學(xué)式為NaHCO₃，將沉淀Al（OH）₃解熱分解得到Al₂O₃；
（2）①低熔點(diǎn)的A1C1₃為共價(jià)化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電；
②冰晶石（Na₃A1F₆）的作用是降低氧化鋁熔融溫度，陰極上鋁離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
③電解時(shí)會(huì)不斷被消耗的電極是陽(yáng)極，若電解得到9kg鋁，同時(shí)消耗石墨0.03kg，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算生成氧氣物質(zhì)的量，得到氣體包含二氧化碳和氧氣，再根據(jù)V=nVm計(jì)算氣體體積；
（3）陽(yáng)極上鋁失電子和水反應(yīng)生成氧化鋁和氫離子．

解答 解：（1）鋁土礦主要成分是Al₂O₃，含F(xiàn)eO、Fe₂O₃等雜質(zhì)，將鋁土礦用NaOH溶解，氧化鋁溶解生成NaAlO₂，F(xiàn)eO、Fe₂O₃不溶于NaOH溶液，然后采用過(guò)濾方法得到濾液甲為NaAlO₂溶液，則試劑甲為NaOH；
向?yàn)V液中通入試劑二氧化碳，所以試劑乙為二氧化碳，得到Al（OH）₃沉淀和NaHCO₃，然后采用過(guò)濾方法得到固體甲為Al（OH）₃，溶液乙為NaHCO₃；將沉淀Al（OH）₃解熱分解得到Al₂O₃，電解熔融氧化鋁得到Al單質(zhì)；
①溶浸時(shí)氧化鋁和NaOH溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，提高溶浸時(shí)浸出速率的方法有：增大氫氧化鈉溶液濃度、加熱、增大反應(yīng)物接觸面積等，所以可以采用將鋁土礦粉碎、適當(dāng)加熱、適當(dāng)提高NaOH濃度等，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；鋁土礦粉碎、適當(dāng)加熱、適當(dāng)提高NaOH濃度等；
②溶液乙中溶質(zhì)的化學(xué)式為NaHCO₃，將沉淀Al（OH）₃解熱分解得到Al₂O₃，故答案為：NaHCO₃；加熱；
（2）①低熔點(diǎn)的A1C1₃為共價(jià)化合物，熔融狀態(tài)下以分子存在而不導(dǎo)電，故答案為：氯化鋁是共價(jià)化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電；
②冰晶石（Na₃A1F₆）的作用是降低氧化鋁熔融溫度，陰極上鋁離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Al³⁺+3e^-=Al，故答案為：降低氧化鋁熔融溫度；Al³⁺+3e^-=Al；
③電解時(shí)會(huì)不斷被消耗的電極是陽(yáng)極，若電解得到9kg鋁，同時(shí)消耗石墨0.03kg，得到9000g鋁轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=$\frac{9000g}{27g/mol}×3$=1000mol，當(dāng)C被氧化生成CO時(shí)陽(yáng)極得到氣體體積最多，生成CO₂時(shí)得到氧氣體積最少，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等生成CO₂時(shí)得到n（O₂）=$\frac{1000mol-\frac{30g}{12g/mol}×4}{4}$=247.5mol，
根據(jù)C原子守恒得n（CO₂）=$\frac{30g}{12g/mol}$=2.5mol，得到氣體總體積=（247.5+2.5）mol×22.4L/mol=5600L，
故答案為：陽(yáng)極；5600；
（3）陽(yáng)極上鋁失電子和水反應(yīng)生成氧化鋁和氫離子，電極反應(yīng)式為2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺，故答案為：2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物的分離和提純，為高頻考點(diǎn)，涉及電解原理、金屬冶煉、反應(yīng)速率影響因素等知識(shí)點(diǎn)，明確反應(yīng)原理及物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，易錯(cuò)點(diǎn)是（2）③的計(jì)算，注意陽(yáng)極生成的氣體不僅有氧氣還有碳氧化物，注意氯化鋁屬于共價(jià)化合物，題目難度不大．