Question

【题目】铝是应用广泛的金属。以铝土矿 (主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如图：

注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

(1)Al的原子结构示意图为_________；Al与NaOH溶液反应的离子方程式为________。

(2)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_______________。

(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是___________。

(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为_________，阴极产生的物质A的化学式为____________。

Answer 1

【答案】 2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑ Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O 石墨电极被阳极上产生的氧气氧化 4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑ H2

【解析】

以铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质）为原料制备铝，由流程可知，加NaOH溶解时Fe2O3不反应，由信息可知SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀，过滤得到的滤渣为Fe2O3、铝硅酸钠，碳酸氢钠与偏铝酸钠反应生成Al（OH）3，过滤II得到Al（OH）3，灼烧生成氧化铝，电解I为电解氧化铝生成Al和氧气，电解II为电解Na2CO3溶液，结合图可知，阳极上碳酸根离子失去电子生成碳酸氢根离子和氧气，阴极上氢离子得到电子生成氢气；据以上分析解答。

(1)A1原子的核电荷数为13，原子结构示意图为；A1与NaOH溶液反应的离子方程式为：2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑；

(2)“碱溶”时氧化铝与碱反应生成偏铝酸钠，离子方程式为：Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O；

(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3得到氧气和铝；电解过程中作阳极的石墨易消耗，是因为阳极生成的氧气与阳极材料碳反应，不断被消耗；

(4)由图可知，阳极区水失去电子生成氧气，剩余的氢离子结合碳酸根生成碳酸氢根，电极方程式为4CO32-+2H2O-4e- ═4HCO3-+O2↑，阴极上氢离子得到电子生成氢气，则阴极产生的物质A的化学式为H2。