题目内容

16．粉煤灰是燃煤电厂的废渣，主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3和C等．实验室模拟工业从粉煤灰提取活性Al2O3，其流程如图：

已知烧结过程的产物主要是：NaAlO2、Ca2SiO4、NaFeO2和Na2SiO3等．
（1）写出烧结过程中铝元素转化的化学方程式Al2O3+NaCO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Na AlO2+CO2↑．
（2）操作a为冷却、研磨，其中研磨的目的是提高烧结产物浸出率．
（3）浸出过程中，NaFeO2可完全水解，水解反应的离子方程式为FeO2-+2H2O?Fe （OH）3↓+OH-．
（4）操作b的名称是过滤，所用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒和烧杯．
（5）“碳化”时生成氢氧化铝沉淀，沉淀的化学式为Al（OH）3．

分析 粉煤灰是燃煤电厂的废渣，主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3和C等，当加CaCO3、Na2CO3进行烧结，发生Al2O3+Na2CO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO2+CO2↑、Na2CO3+SiO2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na2SiO3+CO2↑、2CaCO3+SiO2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ca2SiO4+2CO2↑、Fe2O3+Na2CO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaFeO2+CO2↑、C+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO2，所以气体X为CO2，操作a为冷却、研磨，加入碳酸钠溶液浸出，AlO2-+2H2O?Al（OH）3+OH-，碳酸钠溶液呈碱性，抑制偏铝酸根离子的水解，NaFeO2可完全水解，FeO2-+2H2O=Fe（OH）3↓+OH-，操作b过滤出Fe（OH）3、Ca2SiO4，加入氧化钙脱硅，氧化钙和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙和硅酸根离子反应生成硅酸钙沉淀，操作b过滤出硅酸钙沉淀，滤液为NaAlO2，通入二氧化碳，碳酸酸性强于氢氧化铝，所以发生：NaAlO2+CO2+2H2O=NaHCO3+Al（OH）3↓，过滤出沉淀氢氧化铝，加热氢氧化铝生成氧化铝和水，电解氧化铝得到铝和氧气，据此分析．

解答 解：粉煤灰是燃煤电厂的废渣，主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3和C等，当加CaCO3、Na2CO3进行烧结，发生Al2O3+Na2CO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO2+CO2↑、Na2CO3+SiO2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na2SiO3+CO2↑、2CaCO3+SiO2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ca2SiO4+2CO2↑、Fe2O3+Na2CO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaFeO2+CO2↑、C+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO2，所以气体X为CO2，操作a为冷却、研磨，加入碳酸钠溶液浸出，AlO2-+2H2O?Al（OH）3+OH-，碳酸钠溶液呈碱性，抑制偏铝酸根离子的水解，NaFeO2可完全水解，FeO2-+2H2O=Fe（OH）3↓+OH-，操作b过滤出Fe（OH）3、Ca2SiO4，加入氧化钙脱硅，氧化钙和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙和硅酸根离子反应生成硅酸钙沉淀，操作b过滤出硅酸钙沉淀，滤液为NaAlO2，通入二氧化碳，碳酸酸性强于氢氧化铝，所以发生：NaAlO2+CO2+2H2O=NaHCO3+Al（OH）3↓，过滤出沉淀氢氧化铝，加热氢氧化铝生成氧化铝和水，电解氧化铝得到铝和氧气．
（1）“烧结“过程中氧化铝和碳酸钠反应：Al2O3+Na2CO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO2+CO2↑，故答案为：Al2O3+Na2CO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO2+CO2↑；
（2）“烧结”过程的产物主要是：NaAlO2、Ca2SiO4、NaFeO2和Na2SiO3等，操作a的下一步为浸出，操作a为冷却、研磨，所以研磨的目的是提高烧结产物浸出率，
故答案为：提高烧结产物浸出率；
（3）碳酸钠溶液呈碱性，抑制偏铝酸根离子的水解，NaFeO2可完全水解，FeO2-+2H2O=Fe（OH）3↓+OH-，
故答案为：FeO2-+2H2O=Fe（OH）3↓+OH-；
（4）浸出液经过两次操作b分离沉淀，所以b为过滤，过滤时需要制作过滤器的漏斗、固定仪器的铁架台、引流用的玻璃棒、承接滤液的烧杯；所以还需用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒，
故答案为：过滤；漏斗、玻璃棒；
（5）操作b过滤出硅酸钙沉淀，滤液为NaAlO2，通入二氧化碳，碳酸酸性强于氢氧化铝，所以发生：NaAlO2+CO2+2H2O=NaHCO3+Al（OH）3↓，所以“碳化”时生成沉淀氢氧化铝，
故答案为：氢氧化铝；Al（OH）3．

点评 本题考查了物质的分离、提纯的方法的应用，考查学生对工艺流程的理解、元素化合物性质等，明确各物质的性质是解本题的关键，难度较大．

练习册系列答案
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请根据以上流程，回答相关问题：
（1）操作①是萃取；操作②是分液；操作⑤是蒸发结晶．（填操作名称）
（2）操作②需要的主要玻璃仪器除烧杯外，还需要分液漏斗．
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