Question

11．由熔盐电解法获得的粗铝含一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝．工艺流程如下：（注：NaCl熔点为801℃；AlCl₃在181℃时升华）

（1）精炼前，需消除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质．相关的化学方程式为①Fe₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe和②3SiO₂+4Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Si；
（2）将Cl₂连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去．气泡的主要成分除Cl₂外还含有HCl、AlCl₃；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在NaCl；
（3）在用废碱液处理气体A的过程中，所发生反应的离子方程式为Cl₂+2OH^-═Cl^-+ClO^-+H₂O；H⁺+OH^-═H₂O；
（4）镀铝电解池中，金属铝为阳极．熔融盐电镀液中铝元素和氯元素主要以AlCl₄^-和Al₂Cl₇^-形式存在，铝电极的主要电极反应式为Al+7AlCl₄^--3e^-═4Al₂Cl₇^-．

Answer 1

分析 粗铝中含有Al、Na和氢气，在坩埚中精炼粗铝并加热至700℃，通入氯气，氯气和氢气反应生成HCl，Na、Al和氯气分别生成NaCl和AlCl₃，所以得到的铝液为高纯铝液，然后冷却得到高纯铝锭；
NaCl熔点为801℃、AlCl₃在181℃时升华，所以得到的尾气中含有HCl、Cl₂和AlCl₃，冷凝气体，气体A能和碱液反应，为HCl和Cl₂，发生反应Cl₂+2OH^-═Cl^-+ClO^-+H₂O、H⁺+OH^-═H₂O；
气体B中含有AlCl₃，将AlCl₃和KCl、NaCl熔融，采用电镀方法得到镀铝制品，
（1）①高温下，氧化铁和铝发生铝热反应；
②高温下，铝和SiO₂发生置换反应；
（2）气泡的主要成分除Cl₂外还含有HCl、AlCl₃；氯化钠熔点较高，在熔体表面形成浮渣；
（3）氯气和HCl都能和碱反应生成盐；
（4）电镀时阳极材料是镀层，铝电极上铝失电子和AlCl₄^-反应生成Al₂Cl₇^-．

解答 解：粗铝中含有Al、Na和氢气，在坩埚中精炼粗铝并加热至700℃，通入氯气，氯气和氢气反应生成HCl，Na、Al和氯气分别生成NaCl和AlCl₃，所以得到的铝液为高纯铝液，然后冷却得到高纯铝锭；
NaCl熔点为801℃、AlCl₃在181℃时升华，所以得到的尾气中含有HCl、Cl₂和AlCl₃，冷凝气体，气体A能和碱液反应，为HCl和Cl₂，发生反应Cl₂+2OH^-═Cl^-+ClO^-+H₂O、H⁺+OH^-═H₂O；
气体B中含有AlCl₃，将AlCl₃和KCl、NaCl熔融，采用电镀方法得到镀铝制品；
（1）高温下，氧化铁和铝发生铝热反应生成氧化铝和铁，反应方程式为Fe₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe，高温下，铝和SiO₂发生置换反应生成氧化铝和Si，反应方程式为3SiO₂+4Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Si，故答案为：Fe₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；3SiO₂+4Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Si；
（2）NaCl熔点为801℃、AlCl₃在181℃时升华，加热时氯化铝升华，所以得到的尾气中含有HCl、Cl₂和AlCl₃；氯化钠熔点较高，在熔体表面形成浮渣，
故答案为：HCl、AlCl₃；NaCl；
（3）氯气和HCl都能和碱反应生成盐，离子反应方程式为Cl₂+2OH^-═Cl^-+ClO^-+H₂O、H⁺+OH^-═H₂O，故答案为：Cl₂+2OH^-═Cl^-+ClO^-+H₂O；H⁺+OH^-═H₂O；
（4）电镀时阳极材料是镀层，所以Al为阳极；铝电极上铝失电子和AlCl₄^-反应生成Al₂Cl₇^-，电极反应式为Al+7AlCl₄^--3e^-═4Al₂Cl₇^-，
故答案为：阳；Al+7AlCl₄^--3e^-═4Al₂Cl₇^-．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及电解原理、离子反应、铝热反应等知识点，明确物质的性质是解本题关键，知道流程图中物质成分及其性质、发生的反应，难点是（4）题电极反应式的书写．