Question

铝广泛应用于化学工业和日常生活中。工业上由铝土矿(Al₂O₃·3H₂O的含量约为85%,其余主要为SiO₂、Fe₂O₃等)冶炼金属铝的流程如下。

已知拜耳法生产Al₂O₃·3H₂O的基本原理为:
Al₂O₃·3H₂O+2NaOH(aq)2NaAlO₂(aq)+4H₂O,[Al₂O₃·3H₂O也可表示为2Al(OH)₃]
(1)操作Ⅰ的名称为　　　　,赤泥中除含有铝硅酸盐外,还含有的主要物质有          。
(2)为了提高铝土矿的溶出速率可采取的有效措施为                 (任写三点)。
(3)用化学平衡理论解释稀释溶液Ⅰ有利于Al₂O₃·3H₂O 结晶的原因　              。
(4)为了析出Al₂O₃·3H₂O,也可向溶液Ⅰ中通入过量CO₂气体,写出生成Al₂O₃·3H₂O的离子方程式:                                                          　。
(5)为了回收赤泥附着液带走的有用成分,工业上将用热水洗涤后的洗液用作溶液Ⅰ的稀释剂,请指出流程图中另一处类似的做法　                                   。

Answer 1

(1)过滤　Fe₂O₃
(2)将铝土矿粉碎、加热、搅拌、增大NaOH的浓度(任答三点即可)
(3)稀释降低了NaOH的浓度,有利于NaAlO₂的水解,使平衡向结晶方向移动(或向左移动)
(4)CO₂(过量)+Al+2H₂OAl(OH)₃↓+HC或2CO₂(过量)+2Al+4H₂OAl₂O₃·3H₂O↓+2HC
(5)将溶液Ⅲ循环使用溶解铝土矿

流程原理分析如下:铝土矿(Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃)经NaOH溶液处理,Al₂O₃、SiO₂转化为NaAlO₂、Na₂SiO₃,然后过滤,滤出的Fe₂O₃成为赤泥。对于NaAlO₂、Na₂SiO₃的混合液,经稀释,NaOH浓度降低,使NaAlO₂的水解平衡向结晶方向移动(或向左移动),从而得到Al(OH)₃(Al₂O₃·3H₂O),然后煅烧去水得到Al₂O₃,电解熔融Al₂O₃得到金属Al。在促使Al(OH)₃(Al₂O₃·3H₂O)析出的过程中也可以用通入CO₂气体的方法,通过反应CO₂(过量)+Al+2H₂OAl(OH)₃↓+HC得到Al(OH)₃。溶液Ⅱ主要是析出Al(OH)₃后,残留有NaAlO₂、Na₂SiO₃的NaOH溶液,经蒸发浓缩可以继续溶解铝土矿。