Question

用磷灰石制磷肥的副產(chǎn)品六氟硅酸鈉（Na₂SiF₆）可制冰晶石（Na₃AlF₆），冰晶石是電解鋁的助熔劑，可降低氧化鋁的熔點(diǎn)．如圖是工業(yè)制鋁的流程圖：

（1）工業(yè)上從鋁土礦制備較高純度Al₂O₃的主要工藝流程需

 

個(gè)環(huán)節(jié)，第一步反應(yīng)的方程式

 

（2）該制備工藝中有兩次過濾操作，過濾操作①的濾液是

 

溶液，濾渣是

 

．
（3）分解脫硅和合成冰晶石化學(xué)反應(yīng)方程式分別為：

 

、

 

．
（4）工藝過程中③和④的目的是

 

，碳酸鈉和二氧化碳是否夠用

 

．
（5）電解Al₂O₃制Al時(shí)，I=200kA，一天制Al 1.430t，電解效率是多少？

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）工業(yè)上從鋁土礦制備較高純度Al₂O₃的主要工藝流程，首先加足量的NaOH溶液，使Al轉(zhuǎn)化為AlO₂^-，再向該溶液中加足量的硝酸或硫酸，這時(shí)Al變?yōu)锳l³⁺．然后加入足量的氨水得到Al（OH）₃沉淀，將其過濾出來，洗滌干凈并烘干．最后灼燒Al（OH）₃得到純凈的Al₂O₃．因此需要三個(gè)環(huán)節(jié)．第一步反應(yīng)的方程式Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；
（2）該制備工藝中有兩次過濾操作，有流程圖可知：在過濾操作①的濾液是NaF；濾渣是SiO₂；
（3）分解脫硅化學(xué)反應(yīng)方程式是2Na₂CO₃+Na₂SiF₆=SiO₂↓+2CO₂↑+6NaF；合成冰晶石化學(xué)反應(yīng)方程式分別為：6NaF+NaAlO₂+2CO₂=Na₃AlF₆↓+2Na₂CO₃；
（4）工藝過程中③和④的目的是Na₂CO₃和CO₂循環(huán)使用，提高物質(zhì)的利用率、節(jié)能、環(huán)保．由第三步的方程式可知在理論上碳酸鈉和二氧化碳恰好完全反應(yīng)．而在實(shí)際應(yīng)用使由于物質(zhì)的利用率不可能100%，所以均需補(bǔ)充；
（5）一天制Al 1.430 t，n（e-）=1.430×10⁶g÷27g/mol×3=1.6×10⁵mol．電量Q=1.6×10⁵×6.02×10²³×1.6×10^-19=1.54×10¹⁰，消耗的電能n（e-）=2×10⁵×3600×24=1.73×10¹⁰，所以電解效率是（1.54×10¹⁰÷1.73×10¹⁰）×100%=88.7%．

解答： 解：（1）工業(yè)上從鋁土礦制備較高純度Al₂O₃的主要工藝流程，首先加足量的NaOH溶液，使Al轉(zhuǎn)化為AlO₂^-，再向該溶液中加足量的硝酸或硫酸，這時(shí)Al變?yōu)锳l³⁺．然后加入足量的氨水得到Al（OH）₃沉淀，將其過濾出來，洗滌干凈并烘干．最后灼燒Al（OH）₃得到純凈的Al₂O₃．因此需要三個(gè)環(huán)節(jié)．第一步反應(yīng)的方程式Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，
故答案為：三；Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；
（2）該制備工藝中有兩次過濾操作，有流程圖可知：在過濾操作①的濾液是NaF；濾渣是SiO₂；故答案為：NaF；SiO₂；
（3）分解脫硅化學(xué)反應(yīng)方程式是2Na₂CO₃+Na₂SiF₆=SiO₂↓+2CO₂↑+6NaF；合成冰晶石化學(xué)反應(yīng)方程式分別為：6NaF+NaAlO₂+2CO₂=Na₃AlF₆↓+2Na₂CO₃；
故答案為：2Na₂CO₃+Na₂SiF₆=SiO₂↓+2CO₂↑+6NaF；6NaF+NaAlO₂+2CO₂=Na₃AlF₆↓+2Na₂CO₃；
（4）工藝過程中③和④的目的是Na₂CO₃和CO₂循環(huán)使用，提高物質(zhì)的利用率、節(jié)能、環(huán)保．由第三步的方程式可知在理論上碳酸鈉和二氧化碳恰好完全反應(yīng)．而在實(shí)際應(yīng)用使由于物質(zhì)的利用率不可能100%，所以均需補(bǔ)充．
故答案為：Na₂CO₃和CO₂循環(huán)使用；理論正好，因有損耗均需補(bǔ)充；
（5）一天制Al 1.430 t，n（e-）=1.430×10⁶g÷27g/mol×3=1.6×10⁵mol，電量Q=1.6×10⁵×6.02×10²³×1.6×10^-19=1.54×10¹⁰，消耗的電能n（e-）=2×10⁵×3600×24=1.73×10¹⁰，所以電解效率是（1.54×10¹⁰÷1.73×10¹⁰）×100%=88.7%，
故答案為：88.7%．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道物質(zhì)的制備的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)題，考查學(xué)生物質(zhì)的性質(zhì)以及除雜等知識(shí)，注意知識(shí)的歸納和梳理是解題的關(guān)鍵，難度中等．