Question

铝土矿的主要成分是Al₂O₃和杂质SiO₂、Fe₂O₃等．从铝土矿中提炼Al₂O₃的流程如下：

滤液III主要溶质能用于泡沫灭火器，回答下列问题：
（1）电解制铝的阴极材料是（钢板、石墨）

 

，阳极电极反应式

 

．
（2）溶液I溶质的化学式是

 

，溶液I如用盐酸，缺点1是（离子方程式表示）

 

，
缺点2是

 

．
（3）滤液III主要溶质的俗名是

 

．
（4）上述滤渣I～III中，有一种的主要成分与水泥的主要成分之一相同，该物质是

 

，为了反应快速、完全，过滤之前还应有的操作是

 

．

Answer 1

考点：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：铝土矿的主要成分Al₂O₃和杂质SiO₂、Fe₂O₃等，由流程可知，滤液Ⅱ通入过量气体A得到滤液Ⅲ与滤渣Ⅲ，滤渣Ⅲ煅烧得到氧化铝，滤液Ⅲ主要溶质能用于泡沫灭火器，故滤渣Ⅲ为Al（OH）₃，气体A应该为CO₂，滤液Ⅲ主要溶质为NaHCO₃，滤液Ⅰ与CaO处理后得到偏铝酸盐，由于氢氧化钙的溶解性较小，不适合将铝离子转化为偏铝酸根，故滤液Ⅱ中Al元素以偏铝酸根形式存在，则溶液Ⅰ为强碱，应是NaOH，故滤渣Ⅰ为Fe₂O₃，滤液Ⅰ中含有硅酸钠、偏铝酸钠及过量的NaOH，经CaO处理后得到滤渣Ⅱ为CaSiO₃．
（1）电解熔融氧化铝制备铝，氧离子在阳极失去电子生成氧气，阳极材料易与氧气反应，容易损耗，而阴极不反应，考虑经济效益，阴极为钢板、阳极为石墨；
（2）溶液I如用盐酸，盐酸可以与氧化铁反应生成氯化铁，且盐酸易挥发，且用CaO处理滤液Ⅰ时，Al元素会部分转化为沉淀，Al元素利用率降低；
（3）滤液Ⅲ主要溶质为NaHCO₃；
（4）水泥的主要成分为硅酸盐；为了反应快速、完全，过滤之前通常进行搅拌．

解答： 解：铝土矿的主要成分Al₂O₃和杂质SiO₂、Fe₂O₃等，由流程可知，滤液Ⅱ通入过量气体A得到滤液Ⅲ与滤渣Ⅲ，滤渣Ⅲ煅烧得到氧化铝，滤液Ⅲ主要溶质能用于泡沫灭火器，故滤渣Ⅲ为Al（OH）₃，气体A应该为CO₂，滤液Ⅲ主要溶质为NaHCO₃，滤液Ⅰ与CaO处理后得到偏铝酸盐，由于氢氧化钙的溶解性较小，不适合将铝离子转化为偏铝酸根，故滤液Ⅱ中Al元素以偏铝酸根形式存在，则溶液Ⅰ为强碱，应是NaOH，故滤渣Ⅰ为Fe₂O₃，滤液Ⅰ中含有硅酸钠、偏铝酸钠及过量的NaOH，经CaO处理后得到滤渣Ⅱ为CaSiO₃．
（1）电解熔融氧化铝制备铝，氧离子在阳极失去电子生成氧气，阳极电极反应式为：2O^2--4e^-=O₂↑，阳极材料易与氧气反应，容易损耗，而阴极不反应，考虑经济效益，阴极为钢板、阳极为石墨，
故答案为：钢板；2O^2--4e^-=O₂↑；
（2）有上述分析可知，溶液I溶质的化学式是NaOH；溶液I如用盐酸，盐酸可以与氧化铁反应生成氯化铁，反应；反应离子方程式为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，且盐酸易挥发，污染空气，浪费原料，且用CaO处理滤液Ⅰ时，Al元素会部分转化为沉淀，Al元素利用率降低，
故答案为：NaOH；Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；盐酸易挥发，污染空气，浪费原料；
（3）滤液Ⅲ主要溶质为NaHCO₃，俗称小苏打，故答案为：小苏打；
（4）水泥的主要成分为硅酸盐，故滤渣I～III中CaSiO₃与水泥的主要成分之一相同，为了反应快速、完全，过滤之前还应有的操作是搅拌，
故答案为：CaSiO₃；搅拌．

点评：本题考查物质分离和提纯，侧重考查铝及其化合物的性质，正确理解流程图中各个步骤反应原理及基本操作是解本题关键，同时考查学生分析问题、基本操作及灵活运用知识解答问题能力，综合性较强，难度中等．