Question

某地有豐富的鋁土礦和石灰石資源，擬用鋁土礦（主要成分是Al₂O₃，還有少量的Fe₂O₃、SiO₂）為原料冶煉鋁，工藝流程如圖2所示：

（1）原料A的名稱是

 

，可循環(huán)使用的物質(zhì)的化學(xué)式為

 

（2）如果省去步驟①，即溶解鋁土礦從直接加入B溶液開始，則最終會(huì)對(duì)氧化鋁的生產(chǎn)產(chǎn)生的影響是

 

（3）寫步驟③的離子方程式

 

（4）步驟⑤是在鋁電解槽中進(jìn)行，電解槽的兩極材料均用石墨，寫出陰極的電極反應(yīng)方程式

 

（5）工業(yè)常用陽極氧化法使鋁的表面生成致密的氧化膜．如圖1是鋁陽極氧化實(shí)驗(yàn)裝置圖：a端是電源的

 

極．鋁片表面形成氧化鋁的原理是（用電極方程式表示）

 

，

 

（填“能”或“不能”）用NaCl溶液代替20%H₂SO₄作電解液進(jìn)行鋁的陽極氧化，若不能，請(qǐng)說明理由

 

．

Answer 1

分析：根據(jù)SiO₂和鹽酸不反應(yīng)，F(xiàn)e₂O₃與氫氧化鈉不反應(yīng)，Al₂O₃與氫氧化鈉反應(yīng)，碳酸鈣煅燒生成二氧化碳，向偏鋁酸鈉中通入過量的二氧化碳可以生成氫氧化鋁沉淀．由工藝流程可知步驟③通入的為二氧化碳，生成的沉淀為氫氧化鋁，所以濾液2含有AlO₂^-．步驟②應(yīng)加入氫氧化鈉，除去鐵離子，將鋁離子轉(zhuǎn)化為AlO₂^-，所以濾液1中含有Al³⁺，步驟①應(yīng)為加入鹽酸，除去SiO₂；
（1）由上述分析可知，步驟①加入鹽酸，除去SiO₂；生產(chǎn)過程中生成的物質(zhì)，可再次被利用的即可為循環(huán)物質(zhì)，該反應(yīng)中氫氧化鈉和碳酸鈣都是可循環(huán)利用的物質(zhì)；
（2）用NaOH溶液溶解鋁土礦，則有部分SiO₂溶解在NaOH溶液中生成硅酸鈉，最后使加熱制得的Al₂O₃混有SiO₂雜質(zhì)
（3）濾液②含有AlO₂^-，步驟③通入二氧化碳，與AlO₂^-反應(yīng)生成的沉淀為氫氧化鋁，
（4）電解時(shí)，陰極的電極反應(yīng)是陽離子發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
（5）依據(jù)裝置圖分析鋁接電源正極在電解池中做陽極失電子生成氧化鋁；根據(jù)氯化鈉溶液中的氯離子能放電．

解答：解：根據(jù)SiO₂和鹽酸不反應(yīng)，F(xiàn)e₂O₃與氫氧化鈉不反應(yīng)，Al₂O₃與氫氧化鈉反應(yīng)，碳酸鈣煅燒生成二氧化碳，向偏鋁酸鈉中通入過量的二氧化碳可以生成氫氧化鋁沉淀．由工藝流程可知步驟③通入的為二氧化碳，生成的沉淀為氫氧化鋁，所以濾液2含有AlO₂^-．步驟②應(yīng)加入氫氧化鈉，除去鐵離子，將鋁離子轉(zhuǎn)化為AlO₂^-，所以濾液1中含有Al³⁺，步驟①應(yīng)為加入鹽酸，除去SiO₂；
（1）由上述分析可知，步驟①加入鹽酸，除去SiO₂，所以原料A為鹽酸；
步驟③通入二氧化碳與AlO₂^-反應(yīng)生成的沉淀為氫氧化鋁，反應(yīng)化學(xué)方程式為NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃，CaCO₃

高溫  .

CaO+CO₂↑，氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣，氫氧化鈣和碳酸氫鈉反應(yīng)，NaHCO₃+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+NaOH+H₂O，所以NaOH、CaCO₃可再次被利用，即可循環(huán)使用，
故答案為：鹽酸；NaOH、CaCO₃；
（2）如果省去步驟①，即溶解鋁土礦是從加入原料B開始，用NaOH溶液溶解鋁土礦，則有部分SiO₂溶解在NaOH溶液中生成硅酸鈉，通入二氧化碳會(huì)生成硅酸沉淀，最后使加熱制得的Al₂O₃混有SiO₂雜質(zhì)，
故答案為：生成的Al₂O₃混有SiO₂雜質(zhì)；
（3）濾液②含有AlO₂^-，步驟③通入二氧化碳，與AlO₂^-反應(yīng)生成的沉淀為氫氧化鋁，反應(yīng)化學(xué)方程式為：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃，離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）電解熔融氧化鋁時(shí)，陰極的電極反應(yīng)是鋁離子放電，電解反應(yīng)為：Al³⁺+3e^-=Al，故答案為：Al³⁺+3e^-=Al；
（5）裝置圖分析鋁接電源正極在電解池中做陽極失電子生成氧化鋁，電極反應(yīng)為：2Al+3H₂O-6e^-→Al₂O₃+6H⁺；氯化鈉溶液中的氯離子能放電生成氯氣，無法使其表面生成氧化膜，所以不能用用NaCl溶液代替20%H₂SO₄作電解液進(jìn)行鋁的陽極氧化，
故答案為：正；2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺；不能；氯化鈉溶液中的氯離子能放電生成氯氣，無法使其表面生成氧化膜．

點(diǎn)評(píng)：本題以框圖題形式考查鋁的化合物的性質(zhì)，難度中等，清楚冶煉鋁工藝流程原理，是對(duì)知識(shí)遷移的綜合運(yùn)用．