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6.七铝十二钙(12CaO•7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料,用白云石(主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下:

(1)锻粉主要含MgO和CaO,用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,若滤液Ⅰ中c(Mg2+)小于5×10-6mol•L-1,则溶液pH大于11(Mg(OH)2的Ksp=5×10-12);该工艺中不能用(NH42SO4代替NH4NO3,原因是CaSO4微溶于水,用(NH42SO4代替NH4NO3,会生成CaSO4沉淀引起Ca2+的损失.
(2)滤液Ⅰ中阴离子有NO3-,OH-(忽略杂质成分的影响);若滤液Ⅰ中仅通入CO2,会生成Ca(HCO32,从而导致CaCO3产率降低.
(3)用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜,反应的离子方程式为Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O.
(4)电解制备Al(OH)3时,电极分别为Al片和石墨,电解总反应方程式为2Al+6H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Al(OH)3↓+3H2↑.
(5)一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlCl4-和Al2Cl7-两种离子在Al电极上相互转化,其它离子不参与电极反应,放电时负极Al的电极反应式为Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-

分析 (1)锻粉是由白云石高温煅烧而来;用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,即得Mg(OH)2的饱和溶液,根据Mg(OH)2的Ksp来计算;CaSO4微溶于水;
(2)在锻粉中加入适量的NH4NO3溶液后,镁化合物几乎不溶,由于NH4NO3溶液水解显酸性,与CaO反应生成Ca(NO32和NH3•H2O,故过滤后溶液中含Ca(NO32和NH3•H2O,将CO2和NH3通入滤液I中后发生反应:Ca(NO32+2NH3+CO2+H2O=CaCO3↓+2NH4NO3,据此分析滤液中的阴离子;若滤液Ⅰ中仅通入CO2,会造成CO2过量,据此分析产物;
(3)氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水;
(4)用Al片和石墨作电极来制备Al(OH)3,故Al做阳极,据此分析;
(5)放电时负极电极本身Al放电,失电子,根据AlCl4-和Al2Cl7-中铝元素和氯元素的比例来确定做AlCl4-做反应物而生成Al2Cl7-

解答 解:(1)锻粉是由白云石高温煅烧而来,在煅烧白云石时,发生反应:CaCO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO2↑,MgCO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MgO+CO2↑,故所得锻粉主要含MgO和CaO;用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,即得Mg(OH)2的饱和溶液,根据Mg(OH)2的Ksp可知:Ksp=c(Mg2+)•c2(OH-)=5×10-12,而c(Mg2+)小于5×10-6mol•L-1,故c(OH-)大于10-3mol/L,则溶液中的c(H+)小于10-11mol/L,溶液的pH大于11;CaSO4微溶于水,如果用(NH42SO4代替NH4NO3,会生成CaSO4沉淀引起Ca2+的损失,
故答案为:CaO;11;CaSO4微溶于水,用(NH42SO4代替NH4NO3,会生成CaSO4沉淀引起Ca2+的损失;
(2)在锻粉中加入适量的NH4NO3溶液后,镁化合物几乎不溶,由于NH4NO3溶液水解显酸性,与CaO反应生成Ca(NO32和NH3•H2O,故过滤后溶液中含Ca(NO32和NH3•H2O,将CO2和NH3通入滤液I中后发生反应:Ca(NO32+2NH3+CO2+H2O=CaCO3↓+2NH4NO3,故滤液中的阴离子主要为NO3-,还含有OH-;若滤液Ⅰ中仅通入CO2,会造成CO2过量,则会生成Ca(HCO32,从而导致CaCO3产率降低,故答案为:NO3-,OH-;Ca(HCO32
(3)氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水,离子反应为Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O,故答案为:Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O;
(4)用Al片和石墨作电极来制备Al(OH)3,故Al做阳极,石墨做阴极,阳极反应为:Al-3e-=Al3+①,阴极上是来自于水的H+放电:2H2O+2e-=2OH-+H2↑ ②
将①×2+②×3可得总反应:2Al+6H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Al(OH)3↓+3H2↑,故答案为:2Al+6H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Al(OH)3↓+3H2↑;
(5)放电时负极电极本身Al放电,失电子,由于AlCl4-中氯元素的含量高于Al2Cl7-中氯元素的含量,故AlCl4-做反应物而Al2Cl7-为生成物,由于其它离子不参与电极反应,故电极反应为:Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-,故答案为:Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-

点评 本题是一道非常典型的工艺流程图题,综合性较强,综合了元素化合物、电解池和原电池的知识考查,难度较大.

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