Question

【题目】铝是应用广泛的金属。以铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质）为原料制备铝的一种工艺流程如下：

注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_________________________。

（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH________（填“增大”、“不变”或“减小”）。

（3）“电解Ⅰ”是电解熔融 Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是____________________。阴极的电极反应式为_____________________。

（4）“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。

阴极的电极反应式为________________，阴极处溶液的pH变化________。（填变大、不变、变小）

（5）铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是_____。

Answer 1

【答案】Al2O3+2OH﹣═2AlO2﹣+H2O 减小 石墨电极被阳极上产生的O2氧化 Al3++3e—===Al 2H++2e﹣═ H2↑或2H2O+2e—==2OH—+H2↑ 变大 NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜

【解析】

将流程中已知信息与反应原理综合应用，补充完善可以确定的物质于对应位置周围，便于分析判断推理等。如下图所示：

（1）“碱溶”时，铝土矿中Al2O3与NaOH反应生成偏铝酸钠，离子方程式为Al2O3+2OH﹣═2AlO2﹣+H2O。

（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，消耗过量的NaOH，减小溶液的pH，有利于AlO2-转变为Al(OH)3析出，通过过滤分离。

（3）电解熔融 Al2O3，条件是高温，电解过程中作阳极产生O2，石墨（C）被氧化为CO2、CO等而消耗。阴极的电极反应式为Al3++3e-=Al。

（4）电解Na2CO3溶液，阴极区发生得电子反应，H+得电子能力强于Na+，本质上放电的是H+，而进入的是稀NaOH溶液，表达为H2O得电子，生成H2和OH-更佳，阴极的电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，阴极处溶液的pH变大。

（5）盐酸与Al2O3的反应普遍可知，而加热条件下，NH4Cl分解产生的HCl也能够与Al表面的Al2O3薄膜反应，有利于铝粉与N2反应制备AlN。