Question

某科研小组以难溶性钾长石（K₂O?Al₂O₃?6SiO₂）为原料，提取Al₂O₃、K₂CO₃等物质，工艺流程如下：
 
（1）煅烧过程中钾长石中的钾元素和铝元素在Na₂CO₃作用下转化为可溶性的NaAlO₂和KAlO₂，写出Al₂O₃转化为NaAlO₂的化学方程式是：                              。
（2）已知NaAlO₂和KAlO₂易发生如下水解反应：AlO₂^—+ 2H₂O  Al(OH)₃ + OH^— ，“浸取”时应保持溶液呈           性（填“酸”或“碱”）。
（3）“转化”时加入NaOH的主要作用是                              （用离子方程式表示）。
（4）上述工艺中可以循环利用的主要物质是               、               和水。
（5）以Al₂O₃为原料，以石墨为电极，通过电解法可制得金属铝。电解池中接电源负极的一极的电极反应式是                   。长时间电解后，需要更换新的石墨电极的是        极（填“阴”或“阳”）。

Answer 1

（14分）（1）Na₂CO₃+Al₂O₃2NaAlO₂+CO₂↑  （2分） （2）碱 （2分）；  
（3）HCO₃^－ + OH^－＝H₂O + CO₃^2－  (2分)
（4）Na₂CO₃、CO₂(不分先后，每个2分) （5）Al³⁺+ 3e^－＝Al   (2分)   阳  (2分)

试题分析：（1）根据原子守恒可知，氧化铝和碳酸钠在高温下反应生成偏铝酸钠的同时，一定还有二氧化碳产生，所以反应化学方程式为Na₂CO₃+Al₂O₃2NaAlO₂+CO₂↑。
（2）偏铝酸根离子水解呈碱性，所以要抑制其水解，“浸取”时应在碱性条件下进行。
（3）由工艺流程可知，滤液中主要含有碳酸氢钾、碳酸氢钠，“转化”时加入NaOH，将碳酸氢钾、碳酸氢钠转化为碳酸钾、碳酸钠，反应离子反应方程式为HCO₃^－ + OH^－＝H₂O + CO₃^2－。
（4）煅烧时需要碳酸钠，在流程图提取碳酸钾之前可得到碳酸钠，所以碳酸钠是可以参与可循环利用的物质。在浸出液中需通二氧化碳，而碳酸钙与二氧化硅、氧化铝和碳酸钠在高温下反应都有二氧化碳生成，所以二氧化碳也是可以参与循环使用的物质。
（5）电解池中连接电源负极的电极为阴极，阴极得到电子，发生还原反应。所以铝离子在阴极放电生成Al，电极反应式为Al³⁺+ 3e^－＝Al。电极过程中阳极生成氧气，生成的氧气会和碳反应生成二氧化碳，阳极石墨被消耗，因此需要更换新的石墨电极的是阳极。