Question

18．已知工业上铝的生产流程如下：

（1）工业上先从铝土矿获得氧化铝，这一过程包括三个环节，写出这一过程的化学方程式为Al₂O₃（铝土矿）+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O、NaAlO₂+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+NaHCO₃、2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O
（2）电解铝时的电解质为氧化铝-冰晶石熔融液，常加入少量氯化钙的目的是降低熔点
（3）电解铝时的两极反应式为：阳极反应6O^2--12e^-=3O₂↑阴极反应4Al³⁺+12e^-=4Al阳极碳块需要定期更换，其原因是阳极产生的氧气与阳极材料中的碳发生反应
（4）已知电解铝生产1mol铝时消耗电能2.2×10⁶J，槽电压为4.0V，一个电子的电量为1.6×10^-19C，则铝电解时电能利用率为52.54%．

Answer 1

分析 由生产流程可知，先从铝土矿获得氧化铝，利用NaOH溶解后、再通入足量二氧化碳生成氢氧化铝，然后加热氢氧化铝生成氧化铝，再电解熔融的氧化铝可得到Al单质，电解时阳极生成氧气，阴极生成Al，以此来解答．

解答 解：（1）从铝土矿获得氧化铝涉及的反应为Al₂O₃（铝土矿）+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O、NaAlO₂+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+NaHCO₃、2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，
故答案为：Al₂O₃（铝土矿）+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O、NaAlO₂+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+NaHCO₃、2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O；
（2）Al为活泼金属，电解铝时的电解质为氧化铝-冰晶石熔融液，常加入少量氯化钙的目的是降低熔点，
故答案为：氧化铝-冰晶石熔融液；降低熔点；
（3）电解铝时阳极反应为6O^2--12e^-=3O₂↑，阴极反应为4Al³⁺+12e^-=4Al，阳极碳块需要定期更换，其原因是阳极产生的氧气与阳极材料中的碳发生反应，
故答案为：6O^2--12e^-=3O₂↑；4Al³⁺+12e^-=4Al；阳极产生的氧气与阳极材料中的碳发生反应；
（4）电解铝生产1mol铝时消耗电能2.2×10⁶J，槽电压为4.0V，一个电子的电量为1.6×10^-19C，由Al³⁺+3e^-=Al可知，则铝电解时电能利用率为$\frac{1mol×3×6.02×1{0}^{23}×1.6×1{0}^{-19}×4}{2.2×1{0}^{6}}$×100%=52.54%，故答案为：52.54%．

点评 本题考查铝的冶炼及混合物分离提纯、电解原理等，为高频考点，把握流程中的反应及电解原理为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，题目难度不大．