Question

如图是用拜耳法从铝土矿（主要成分为Al₂O₃，还含有SiO₂、Fe₂O₃等杂质）中提取Al₂O₃并生产无水AlCl₃的基本流程：

（1）在反应I中，SiO₂会完全形成矿渣（化学式为3Na₂O?3Al₂O₃?5SiO₂?5H₂O）进入赤泥，则溶出液的溶质主要是

 

；铝土矿的品味常用铝硅比（

A

S

，即矿石中Al₂O₃与SiO₂的质量比）来衡量．某种铝土矿的

A

S

=10.2，则加入足量NaOH溶液后铝的理论溶出率为

 

；通常要求铝土矿的

A

S

＞10时才使用拜耳法，

A

S

过低时不用该法的主要原因是

 

．
（2）向反应I的溶出液中加入少量晶种引发反应II，析出白色沉淀，过滤后将滤液再用于溶解铝土矿，构成拜耳法循环．反应II的化学方程式为

 

．
（3）电解时需加入冰晶石（Na₃AlF₆）作为助溶剂，用NaF和Al₂（SO₄）₃反应制备冰晶石的化学方程式为

 

；电解时用石墨做阳极，温度维持在950℃～970℃，阳极需定期更换的原因是

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：（1）氧化铝可与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠；结合铝硅比和矿渣的化学式的化学式计算理论溶出率；
（2）向反应I的溶出液中加入少量晶种引发反应II，经分解后可生成氧化铝，可知反应Ⅱ生成Al（OH）₃；
（3）NaF和Al₂（SO₄）₃反应可生成Na₃AlF₆和Na₂SO₄；电解氧化铝时，氧气生成氧气，可与石墨反应而消耗石墨．

解答： 解：（1）氧化铝可与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，则溶出液的溶质主要是偏铝酸钠；由铝土矿的

A

S

=10.2
可计算出n（Al₂O₃）：n（SiO₂）=

10.2

102

：

1

60

=6：1=30：5，由矿渣的化学式3Na₂O?3Al₂O₃?5SiO₂?5H₂O知，其中的n（Al₂O₃）：n（SiO₂）=3：5，故有30-3=27份的Al₂O₃被溶解，即Al₂O₃溶出，转化率为90%；若过低，则有相对较多的Al₂O₃转化为矿渣，造成溶出率偏低，故答案为：NaAlO₂；90%；铝的溶出率偏低；

（2）向反应I的溶出液中加入少量晶种引发反应II，经分解后可生成氧化铝，可知反应Ⅱ生成Al（OH）₃，应发生水解反应，方程式为NaAlO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaOH，故答案为：NaAlO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaOH；

（3）NaF和Al₂（SO₄）₃反应可生成Na₃AlF₆和Na₂SO₄，方程式为12NaF+Al₂（SO₄）₃=2Na₃AlF₆+3Na₂SO₄，电解氧化铝时，氧气生成氧气，可与石墨反应而消耗石墨，故答案为：12NaF+Al₂（SO₄）₃=2Na₃AlF₆+3Na₂SO₄；阳极产生的氧气与石墨反应．

点评：本题考查物质的制备，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，为高频考点，易错点为（2），注意体会计算的思路，难度中等．