Question

某化学兴趣小组利用废弃铝矿（含CuO、Al₂O₃及SiO₂），模拟工业上提取铝的工艺，设计如下图所示的简单操作流程：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物
开始沉淀	2.3	7.5	3.4
完全沉淀	3.2	9.7	4.4

 
回答下列问题：
（1）滤渣主要成分的化学式为______________________。
（2）灼烧时，用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有___________（填仪器名称）。
（3）溶液Y中要加入稍过量原料A，原料A的化学式是_________，步骤⑤反应的离子方程式是_______________________。
（4）操作流程中③的离子方程式为_______________________。
（5）铝电池性能优越，Al—Ag₂O电池可用作水下动力电源，其原理如图所示：

请写出该电池正极反应式_________________；常温下，用该化学电源和惰性电极电解300mL氯化钠溶液（过量），消耗27mg Al，则电解后溶液的pH＝_________（不考虑溶液体积的变化）。
（6）以熔融盐为电镀液可以在钢材表面镀铝，镀铝电解池中，钢材为________极；镀铝后能防止钢材腐蚀，其原因是____________________________________。

Answer 1

（1）Cu、Fe、SiO₂（2分）
（2）坩埚（1分）
（3）NH₃?H₂O（1分）  Al³⁺+3NH₃?H₂O＝Al（OH）₃↓+3NH₄⁺（2分）
（4）2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O（2分）
（5）Ag₂O+2e^－+H₂O＝2Ag+2OH^－（2分）  12（2分）
（6）阴（1分） 在空气中铝表面能形成一层致密的氧化膜，从而保护钢材不被腐蚀（2分）

试题分析：该工艺流程原理为：铝矿加入硫酸，溶解氧化铜、氧化铝，加入过量铁粉，除去溶液中铜离子，过滤，滤渣中主要为Cu、Fe、SiO₂，滤液X中含有铝离子、亚铁离子，再加入过氧化氢，将亚铁离子氧化为铁离子，通过调节pH值，使铁离子转化为氢氧化铁而除去，溶液Y含有铝离子，加入氨水，将铝离子转化为氢氧化铝沉淀，加热分解得氧化铝，电解氧化铝生成金属铝。（1）滤渣主要成分的化学式为：Cu、Fe、SiO₂。（2）灼烧固体时，要用到坩埚。（3）沉淀Al³⁺的试剂为氨水，步骤⑤反应的离子方程式是：Al³⁺+3NH₃?H₂O＝Al（OH）₃↓+3NH₄⁺。（4）加入过氧化氢，将亚铁离子氧化为铁离子。操作③中的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂⁺2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O。（5）正极上氧化银得电子和水反应生成银和氢氧根离子，电极反应式为：Ag₂O+2e^－+H₂O＝2Ag+2OH^－；根据反应中得失电子数相等计算，消耗27mg Al失去电子0.003mol，则生成氢氧根离子的物质的量为0.003 mol，溶液中氢氧根离子的物质的量的浓度为0.003mol/0.3 L＝0.01 mol·L^－1，pH＝12。（6）电镀池中镀层金属作阳极，待镀金属作阴极，故在钢材表面镀铝，镀铝电解池中，金属铝为阳极，钢材为阴极。在空气中铝表面能形成一层致密的氧化膜，从而保护钢材不被腐蚀。