Question

5．铝是一种重要的金属，在生产、生活中具有许多重要的用途．眉山市电解铝厂位于三苏故里修文乡，现已经形成年产33万吨电解铝，配套年产15万吨阳极碳块的规模．该厂用铝土矿为原料制备铝的工艺流程如下：
已知：①铝土矿的主要成分是 Al₂O₃，此外还含有少量CuO、Fe₂O₃ 等杂质．②电解冶炼铝时用碳棒作阳极，用Na₃AlF₆作助熔剂，电解熔融的Al₂O₃．
回答下列问题：
（1）写出铝土矿与 A 溶液反应的化学方程式Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O．
（2）滤渣 C的主要成分为CuO、Fe₂O₃；实验室过滤时使用的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒．
（3）生成过程中，除CaO、H₂O可以循环使用外，还可以循环使用的物质有CaCO₃、CO₂、NaOH（填化学式）．
（4）写出过量CO₂通入滤液C生成D的离子方程式CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（5）若生产54吨铝，放出平均摩尔质量为36g•mol^-1的气体（经测定气体中不含O₂），则消耗阳极24吨．

Answer 1

分析 铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量CuO、Fe₂O₃ 等杂质，先用A溶液溶解铝土矿，则A溶液为NaOH溶液，过滤后得到的滤渣C为CuO、Fe₂O₃；滤液C中溶质为偏铝酸钠；偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳气体，反应生成沉淀D氢氧化铝沉淀和滤液D碳酸钠溶液；滤液D中进入氧化钙生成碳酸钙沉淀，过滤后得到碳酸钙沉淀，碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳气体；溶液A中溶质为氢氧化钠；加热沉淀D氢氧化铝分解生成氧化铝，电解氧化铝得到金属铝，
（1）氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水，据此写出反应的离子方程式；
（2）CuO、Fe₂O₃等杂质不与氢氧化钠溶液反应，过滤后得到的滤渣C为CuO、Fe₂O₃；根据过滤操作方法判断使用的仪器；
（3）根据用铝土矿为原料制备铝的工艺流程及分析判断可以循环使用的物质；
（4）滤液C中含有偏铝酸钠，偏铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸钠；
（5）产生的气体中不含氧气，放出气体平均摩尔质量为36g•mol^-1，说明生成的气体是一氧化碳和二氧化碳的混合物，设一氧化碳的物质的量为x、二氧化碳的物质的量为y，根据电子守恒及平均摩尔质量列式计算出二氧化碳和一氧化碳的物质的量，再利用质量守恒定律计算出C的质量．

解答 解：铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量CuO、Fe₂O₃ 等杂质，先用A溶液溶解铝土矿，则A溶液为NaOH溶液，过滤后得到的滤渣C为CuO、Fe₂O₃；滤液C中溶质为偏铝酸钠；偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳气体，反应生成沉淀D氢氧化铝沉淀和滤液D碳酸钠溶液；滤液D中进入氧化钙生成碳酸钙沉淀，过滤后得到碳酸钙沉淀，碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳气体；溶液A中溶质为氢氧化钠；加热沉淀D氢氧化铝分解生成氧化铝，电解氧化铝得到金属铝，
（1）铝土矿中的氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，反应的离子方程式为：2OH^-+Al₂O₃═2AlO₂^-+H₂O，
故答案为：2OH^-+Al₂O₃═2AlO₂^-+H₂O；
（2）CuO、Fe₂O₃不和氢氧化钠溶液反应，过滤得到滤渣为CuO、Fe₂O₃；过滤操作使用的玻璃仪器有：烧杯、漏斗、玻璃棒，
故答案为：CuO、Fe₂O₃；烧杯、漏斗、玻璃棒；
（3）根据分析可知，可以循环利用的物质有：CaO、H₂O、CaCO₃、CO₂、NaOH，所以除CaO、H₂O可以循环使用外，还可以循环使用的物质有：CaCO₃、CO₂、NaOH，
故答案为：CaCO₃、CO₂、NaOH；
（4）滤液C中含有偏铝酸钠，偏铝酸钠与二氧化碳反应的离子方程式为：CO₂+AlO₂^-+2 H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：CO₂+AlO₂^-+2 H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（5）54t铝的物质的量为：$\frac{54×1{0}^{6}}{27g/mol}$=2×10⁶mol，
产生的气体中不含氧气，放出气体平均摩尔质量为36g•mol^-1，说明生成的气体是一氧化碳和二氧化碳的混合物，根据电子守恒可知，从氧化铝得到金属铝得到的电子与阳极C与氧气反应生成一氧化碳、二氧化碳时转移电子数相同，
设一氧化碳的物质的量为x、二氧化碳的物质的量为y，则根据电子守恒可得：①2x+4y=2×10⁶mol×3，根据气体平均摩尔质量可得：②$\frac{28x+44y}{x+y}$=36，根据①②可得：x=y=10⁶mol，根据C原子守恒，阳极消耗的C的质量为：12g/mol×（10⁶mol+10⁶mol）=24×10⁶g=24t，
故答案为：24．

点评 本题考查了铝及其化合物的性质，题目难度中等，涉及化学实验基本操作方法的应用、离子方程式的书写、化学计算、铝及其化合物性质等知识，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．