Question

20．工业上用铝土矿（主要成分为Al₂O₃含有Fe₂O₃、SiO₂等杂质　）制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下：

已知：

物质	SiCl4	AlCl3	FeCl3	FeCl2	NaCl
沸点/℃	57.6	180（升华）	300（升华）	1023	801

回答下列问题：
（1）高温反应前，常在800℃焙烧铝土矿，使固体中水分挥发、气孔数目增多，其作用是防止后续步骤生成的AlCl₃水解或增大反应物的接触面积，加快反应速率（只要求写出一种）
（2）高温反应后，铝土矿中的氧化物均转变为相应的氯化物，由Al₂O₃、C和Cl₂反应生成AlCl₃的化学方程式为Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO．
（3）气体Ⅱ的主要成分除了Cl₂外，还含有CO₂、O₂、SiCl₄．气体Ⅱ常用过量冷的NaOH溶液吸收，吸收液中含有的阴离子主要有CO₃^2-、HCO₃^-、Cl^-、ClO^-、SiO₃^2-、OH^-．
（4）工业上为了降低生产成本，生产过程中需要控制加入铝粉的量，“废渣”的主要成分是NaCl、FeCl₂．
（5）AlCl₃和NaCl的熔融盐常用于镀铝电解池，电镀时AlCl₄^-和Al₂Cl₇^-两种离子在电极上相互转化，其它离子不参与电极反应，电镀时阴极的电极反应式为4Al₂Cl₇^-+3e^-=7AlCl₄^-+Al．

Answer 1

分析 用铝土矿制取无水氯化铝工艺流程：铝土矿粉和焦炭在300℃焙烧，固体水分挥发、气孔数目增多，固体混合物和氯气、氧气在950℃加热，Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂先被焦炭还原为Al、Fe、Si，该过程生成CO，后Al、Fe、Si分别和Cl₂反应生成对应的氯化物，即SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃，CO和O₂反应生成CO₂，后冷却到100℃，尾气为CO₂、多余的Cl₂，O₂，SiCl₄，以及AlCl₃和FeCl₃变成固体，得到氯化铝的粗品，加入氯化钠熔融，铝的金属活动性强于铁，加铝粉，可以将氯化铝的粗品中的氯化铁中的铁置换出来，生成铁和氯化铝，在300℃，废渣为Fe，得到成品氯化铝，据此答题．

解答 解：（1）步骤1中铝土矿粉和焦炭在300℃焙烧，因后续步骤反应生成氯化铝等强酸弱碱盐易水解，固体水分在焙烧的过程中挥发，防止后续步骤生成的盐水解、气孔数目增多增大反应物的接触面积，加快反应速率，
故答案为：防止后续步骤生成的AlCl₃水解或增大反应物的接触面积，加快反应速率；
（2）高温反应后，由Al₂O₃、C和Cl₂反应生成AlCl₃和CO的化学方程式为Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO，
故答案为：Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO；
（3）根据上面的分析可知，气体Ⅱ的主要成分除了Cl₂外，还含有CO₂、O₂、SiCl₄，气体Ⅱ常用过量冷的NaOH溶液吸收，二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸根离子或碳酸氢根离子，氯气与氢氧化钠反应生成氯离子和次氯酸根离子，四氯化硅水解生成硅酸根离子，所以吸收液中含有的阴离子主要有CO₃^2-、HCO₃^-、Cl^-、ClO^-、SiO₃^2-、OH^-，
故答案为：CO₂、O₂、SiCl₄；CO₃^2-、HCO₃^-、Cl^-、ClO^-、SiO₃^2-、OH^-；
（4）工业上为了降低生产成本，生产过程中需要控制加入铝粉的量，可以将氯化铝的粗品中的氯化铁还原成氯化亚铁，这样可以通过升华分离出AlCl₃，所以废渣为NaCl、FeCl₂，
故答案为：NaCl、FeCl₂；
（5）AlCl₃和NaCl的熔融盐常用于镀铝电解池，电镀时AlCl₄^-和Al₂Cl₇^-两种离子在电极上相互转化，其它离子不参与电极反应，则电镀时阴极上发生还原反应，反应的电极反应式为4Al₂Cl₇^-+3e^-=7AlCl₄^-+Al，
故答案为：4Al₂Cl₇^-+3e^-=7AlCl₄^-+Al．

点评 本题考查工业上用铝土矿盐制取无水氯化铝工艺，涉及硅、铁、铝及其化合物的性质，注意盐的水解、生产流程反应条件的控制、电极反应方程式的书写等，题目难度中等．