Question

15．粉煤灰是燃煤電廠的廢渣，主要成分為SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和C等．實驗室模擬工業(yè)從粉煤灰提取活性Al₂O₃，其流程如圖：

己知“燒結(jié)”過程的產(chǎn)物主要是：NaAlO₂、Ca₂SiO₄、NaFeO₂和Na₂SiO₃等
（1）寫出“燒結(jié)“過程中鋁元素轉(zhuǎn)化的化學(xué)方堿Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑．
（2）操作a為冷卻、研磨，其中研磨的目的是提高燒結(jié)產(chǎn)物浸出率．
（3）“浸出”過程中，NaFeO₂可完全水解，水解反應(yīng)的離子方程式為FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-．
（4）操作b的名稱是過濾，所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯．
（5）“碳化”時生成沉淀，沉淀的化學(xué)式為Al（OH）₃．

Answer 1

分析 粉煤灰是燃煤電廠的廢渣，主要成分為SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和C等，當(dāng)加CaCO₃、Na₂CO₃進(jìn)行燒結(jié)，發(fā)生Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、2CaCO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ca₂SiO₄+2CO₂↑、Fe₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑、C+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂，所以氣體X為CO₂，操作a為冷卻、研磨，加入碳酸鈉溶液浸出，AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，碳酸鈉溶液呈堿性，抑制偏鋁酸根離子的水解，NaFeO₂可完全水解，F(xiàn)eO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-，操作b過濾出Fe（OH）₃、Ca₂SiO₄，加入氧化鈣脫硅，氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣，氫氧化鈣和硅酸根離子反應(yīng)生成硅酸鈣沉淀，操作b過濾出硅酸鈣沉淀，濾液為NaAlO₂，通入二氧化碳，碳酸酸性強于氫氧化鋁，所以發(fā)生：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓，過濾出沉淀氫氧化鋁，加熱氫氧化鋁生成氧化鋁和水，電解氧化鋁得到鋁和氧氣，據(jù)此分析．
（1）“燒結(jié)“過程中氧化鋁和碳酸鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和二氧化碳；
（2）研磨能提高燒結(jié)產(chǎn)物浸出率；
（3）“浸出”過程中，NaFeO₂可完全水解，水解生成氫氧化鐵沉淀；
（4）浸出液經(jīng)過兩次操作b分離沉淀，所以b為過濾，過濾用到的儀器有：玻璃棒、燒杯、鐵架臺、漏斗、濾紙等；
（5）碳酸酸性強于氫氧化鋁，“碳化”時生成沉淀氫氧化鋁．

解答 解：粉煤灰是燃煤電廠的廢渣，主要成分為SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和C等，當(dāng)加CaCO₃、Na₂CO₃進(jìn)行燒結(jié)，發(fā)生Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、2CaCO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ca₂SiO₄+2CO₂↑、Fe₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑、C+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂，所以氣體X為CO₂，操作a為冷卻、研磨，加入碳酸鈉溶液浸出，AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，碳酸鈉溶液呈堿性，抑制偏鋁酸根離子的水解，NaFeO₂可完全水解，F(xiàn)eO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-，操作b過濾出Fe（OH）₃、Ca₂SiO₄，加入氧化鈣脫硅，氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣，氫氧化鈣和硅酸根離子反應(yīng)生成硅酸鈣沉淀，操作b過濾出硅酸鈣沉淀，濾液為NaAlO₂，通入二氧化碳，碳酸酸性強于氫氧化鋁，所以發(fā)生：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓，過濾出沉淀氫氧化鋁，加熱氫氧化鋁生成氧化鋁和水，電解氧化鋁得到鋁和氧氣．
（1）“燒結(jié)“過程中氧化鋁和碳酸鈉反應(yīng)：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，
故答案為：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；
（2）“燒結(jié)”過程的產(chǎn)物主要是：NaAlO₂、Ca₂SiO₄、NaFeO₂和Na₂SiO₃等，操作a的下一步為浸出，操作a為冷卻、研磨，所以研磨的目的是提高燒結(jié)產(chǎn)物浸出率，
故答案為：提高燒結(jié)產(chǎn)物浸出率；
（3）碳酸鈉溶液呈堿性，抑制偏鋁酸根離子的水解，NaFeO₂可完全水解，F(xiàn)eO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-，
故答案為：FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-；
（4）浸出液經(jīng)過兩次操作b分離沉淀，所以b為過濾，過濾時需要制作過濾器的漏斗、固定儀器的鐵架臺、引流用的玻璃棒、承接濾液的燒杯；所以還需用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒，
故答案為：過濾；漏斗、玻璃棒；     
（5）操作b過濾出硅酸鈣沉淀，濾液為NaAlO₂，通入二氧化碳，碳酸酸性強于氫氧化鋁，所以發(fā)生：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓，所以“碳化”時生成沉淀氫氧化鋁，
故答案為：Al（OH）₃．

點評 本題考查了物質(zhì)的分離、提純的方法的應(yīng)用，考查學(xué)生對工藝流程的理解、元素化合物性質(zhì)等，明確各物質(zhì)的性質(zhì)是解本題的關(guān)鍵，側(cè)重鐵鋁性質(zhì)的考查，題目難度中等．