Question

15．鋁是人類生活中繼銅、鐵之后又一個(gè)重要的金屬．工業(yè)上冶煉金屬鋁的原料來(lái)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的工藝流程如圖所示：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）固體A所含物質(zhì)的化學(xué)式（或分子式）是Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂．
（2）寫(xiě)出溶液A與氣體B反應(yīng)的離子方程式CO₂+OH^-_{_}═HCO₃^-，AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）工業(yè)冶煉金屬鋁通常用石墨碳?jí)K作電解槽的陽(yáng)極，請(qǐng)你根據(jù)電解原理解釋電解冶煉鋁過(guò)程中，需要定期補(bǔ)充陽(yáng)極碳?jí)K的原因電解冶煉鋁的陽(yáng)極產(chǎn)物為O₂氣，在高溫條件下，O₂氣與陽(yáng)極碳發(fā)生反應(yīng)消耗陽(yáng)極碳?jí)K．
（4）Al₂O₃的熔點(diǎn)很高，因而在工業(yè)冶煉時(shí)，需將Al₂O₃的熔于熔化的冰晶石（Na₃AlF₆）中進(jìn)行電解．有一位同學(xué)查閱資料發(fā)現(xiàn)，AlCl₃的熔點(diǎn)很低．他提出：可通過(guò)電解熔融狀態(tài)的AlCl₃制取金屬鋁．你認(rèn)為他提出的方案是否可行？為什么？不可行，AlCl₃是共價(jià)化合物，受熱時(shí)AlCl₃易升華．
（5）另一位同學(xué)分析了“從釩土中提取Al₂O₃的工藝流程”后指出：可以從“溶液B”中分離得到另一個(gè)重要的化工產(chǎn)品--小蘇打．根據(jù)這位同學(xué)的想法，如果不考慮生產(chǎn)過(guò)程的損耗，請(qǐng)你計(jì)算每生產(chǎn)10.0t金屬鋁，理論上可得到小蘇打產(chǎn)品最少31.1t．

Answer 1

分析 釩土主要成分是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(yáng)離子有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺等，這些金屬陽(yáng)離子再與足量氫氧化鈉反應(yīng)后生成的可溶物為NaAlO₂，不溶物固體A為Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂，溶液A為NaAlO₂溶液和氫氧化鈉溶液的混合物，溶液中通入足量B為二氧化碳?xì)怏w，二氧化碳和氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸氫鈉，二氧化碳和偏氯酸鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉，過(guò)濾得到固體B為氫氧化鋁，溶液B為碳酸氫鈉溶液，固體B受熱分解生成氧化鋁，
（1）礬土與稀鹽酸反應(yīng)生成金屬陽(yáng)離子后，再和氫氧化鈉反應(yīng)生成的沉淀就是固體A為Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；
（2）溶液A的溶質(zhì)就是礬土與稀鹽酸反應(yīng)生成金屬陽(yáng)離子鋁離子后，再和氫氧化鈉反應(yīng)生成的可溶性物質(zhì)溶液A中含有AlO₂^-；
（3）電解時(shí)陽(yáng)極上氧離子失電子生成氧氣，氧氣在高溫時(shí)會(huì)氧化碳?jí)K，使碳?jí)K消耗；
（4）AlCl₃是共價(jià)化合物，在熔融狀態(tài)下不能電離出離子，不導(dǎo)電，不能用來(lái)電解；
（5）根據(jù)Al元素質(zhì)量守恒，AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，結(jié)合定量關(guān)系A(chǔ)l～AlO₂^-～HCO₃^-計(jì)算碳酸氫鈉質(zhì)量．

解答 解：（1）釩土主要成分是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(yáng)離子有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺等，這些金屬陽(yáng)離子再與足量氫氧化鈉反應(yīng)后生成的溶液A為NaAlO₂溶液和氫氧化鈉溶液的混合溶液，不溶物固體A為Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂，
故答案為：Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；
（2）由分析可知溶液A主要為NaAlO₂溶液和剩余的氫氧化鈉溶液，通入二氧化碳?xì)怏w首先和氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸氫鈉，反應(yīng)的離子方程式為：CO₂+OH^-═HCO₃^-，二氧化碳和NaAlO₂溶液反應(yīng)生成氫氧化鋁程度和碳酸氫鈉溶液，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：CO₂+OH^-═HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）電解時(shí)陽(yáng)極上氧離子失電子生成氧氣，氧氣在高溫條件下會(huì)氧化碳?jí)K，使碳?jí)K消耗，所以需要定期補(bǔ)充陽(yáng)極碳?jí)K，
故答案為：電解冶煉鋁的陽(yáng)極產(chǎn)物為O₂，在高溫條件下，O₂與陽(yáng)極碳發(fā)生反應(yīng)消耗陽(yáng)極碳?jí)K；
（4）AlCl₃是共價(jià)化合物，受熱時(shí)AlCl₃易升華，在熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電，不能用來(lái)電解，工業(yè)上是利用氧化鋁為離子化合物，在熔融狀態(tài)下可導(dǎo)電，可以用來(lái)電解制備鋁，
故答案為：不可行；AlCl₃是共價(jià)化合物，受熱時(shí)AlCl₃易升華，熔融狀態(tài)的AlCl₃不導(dǎo)電；
（5）根據(jù)Al元素質(zhì)量守恒，AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，結(jié)合定量關(guān)系A(chǔ)l～AlO₂^-～HCO₃^-計(jì)算，
每生產(chǎn)10.0t金屬鋁，理論上可得到小蘇打產(chǎn)品的質(zhì)量最少為x，
  Al～AlO₂^-～NaHCO₃，
  27          84
 10.0t        x
x=31.1t
故答案為：最少31.1；

點(diǎn)評(píng) 本題為生產(chǎn)工藝流程題，涉及電解、計(jì)算等問(wèn)題，題目較為綜合，做題時(shí)注意仔細(xì)審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息．題目難度較大．