Question

9．如图是传统的工业生产金属铝的基本流程图．结合铝生产的流程图回答下列问题：
（1）工业冶炼金属铝用的是铝土矿，铝土矿的主要成分是Al₂O₃（填化学式）．石油炼制和煤的干馏产品石墨（或碳）（填物质名称）作电解铝的阴极和阳极材料．
（2）在金属铝的冶炼中加入冰晶石和氟化钙的目的是降低Al₂O₃的熔融温度，减少熔融电解质的能耗．
（3）在冶炼过程中，阳极材料需要定期进行更换，原因是氧化铝溶解并和部分冰晶石发生反应生成Al₂OF₆^2-，写出该反应的离子方程式Al₂O₃+4AlF₆^3-═3Al₂OF₆^2-+6F^-．若电解的总反应为2Al₂O₃+3C$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3CO₂+4Al，则阳极的电极反应式为C+2Al₂OF₆^2-+12F^--4e^-═CO₂+4AlF₆^3-．
（4）冰晶石能在碱性溶液中分解，写出冰晶石与足量NaOH溶液反应生成两种钠盐的化学方程式Na₃AlF₆+4NaOH═6NaF+NaAlO₂+2H₂O．
（5）已知生产1mol铝消耗的电能为1.8×10⁶J，9g铝制饮料罐可回收能量为0.2kJ，则铝制饮料罐的热回收效率η=0.033%．（热回收效率=回收能量/生产耗能×100%）

Answer 1

分析 传统的工业生产金属铝的基本流程为：萤石主要成分为氟化钙，萤石中加入冰晶石和氟化钙，降低三氧二化铝熔化时所需的温度，电解氧化铝得到铝和氧气，石油炼制和煤的干馏产品中石墨（或碳）可以作为惰性电极电解冶炼铝，电解得到的铝净化、澄清铸锭．
（1）工业上用氧化铝冶炼金属铝，据此确定铝土矿的成分；冶炼铝的电解槽中的阴极和阳极材料均为惰性电极；
（2）冰晶石能溶解Al₂O₃晶体，被用作助熔剂降低Al₂O₃的熔点；
（3）氧化铝溶解并和部分冰晶石发生反应生成Al₂OF₆^2-，依据电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式；
（4）冰晶石能在碱性溶液中分解，冰晶石与足量NaOH溶液反应生成两种钠盐分别为偏铝酸钠和氟化钠，结合原则守恒配平书写化学方程式；
（5）生产9g铝制饮料罐消耗的电能=$\frac{9g}{27g/mol}$×1.8×10³KJ，热回收效率=$\frac{回收能量}{生产耗能}$×100%．

解答 解：传统的工业生产金属铝的基本流程为：萤石主要成分为氟化钙，萤石中加入冰晶石和氟化钙，降低三氧二化铝熔化时所需的温度，电解氧化铝得到铝和氧气，石油炼制和煤的干馏产品中石墨（或碳）可以作为惰性电极电解冶炼铝，电解得到的铝净化、澄清铸锭．
（1）工业上用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝，冶炼金属铝时用的主要冶炼是铝土矿，说明铝土矿的主要成分是Al₂O₃，电解法冶炼金属铝需要使用惰性电极，石油炼制和煤的干馏产品中石墨（或碳）可以作为惰性电极电解冶炼铝；
故答案为：Al₂O₃；石墨（或碳）；
（2）Al₂O₃属于离子晶体，熔点较高，加入冰晶石和氟化钙，熔融的冰晶石和氟化钙能溶解Al₂O₃晶体，所以其在电解冶炼铝时被用作助熔剂，降低三氧二化铝熔化时所需的温度，在金属铝的冶炼中加入冰晶石和氟化钙的目的是降低Al₂O₃的熔点，减少熔融电解质的能耗；
故答案为：降低Al₂O₃的熔点，减少熔融电解质的能耗；
（3）氧化铝溶解并和部分冰晶石发生反应生成Al₂OF₆^2-，依据电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式为：Al₂O₃+4AlF₆^3-═3Al₂OF₆^2-+6F^-； 若电解的总反应为2Al₂O₃+3C$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3CO₂+4Al，电解池中阳极上是元素化合价升高失电子发生氧化反应，则阳极的电极反应式：C+2 Al₂OF₆^2-+12F^--4e^-═CO₂+4 AlF₆^3-；
故答案为：Al₂O₃+4AlF₆^3-═3Al₂OF₆^2-+6F^-；C+2Al₂OF₆^2-+12F^--4e^-═CO₂+4AlF₆^3-；
（4）冰晶石与足量NaOH溶液反应生成两种钠盐分别为偏铝酸钠和氟化钠，结合原则守恒配平书写化学方程式为：Na₃AlF₆+4NaOH═6NaF+NaAlO₂+2H₂O；
故答案为：Na₃AlF₆+4NaOH═6NaF+NaAlO₂+2H₂O；
（5）已知生产1mol铝消耗的电能为1.8×10⁶J，9g铝制饮料罐可回收能量为0.2kJ，生产9g铝制饮料罐消耗的电能=$\frac{9g}{27g/mol}$×1.8×10³KJ，则铝制饮料罐的热回收效率η=$\frac{回收能量}{生产耗能}$×100%=$\frac{0.2KJ}{\frac{9}{27}×1.8×1{0}^{3}KJ}$×100%=0.033%，
故答案为：0.033%．

点评 本题考查化学工艺流程、电解原理等，题目难度中等，理解工艺流程是解题的关键，需要学生基本扎实的据此与运用知识分析解决问题的能力．注意复杂离子方程式和化学方程式的书写方法应用．