Question

16．工业上以铝土矿（主要成分是氧化铝，含氧化铁、氧化镁、二氧化硅、氧化铜等杂质）为原料提取铝的无机化工流程如图：

已知：NaOH溶液与二氧化硅反应非常缓慢，在工业生产时不必考虑．
（1）固体A为Fe₂O₃、MgO、CuO；试剂X为NaOH，Y为CO₂．
（2）写出反应②的离子方程为AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）实验室里完成反应③所需要的实验仪器主要有坩埚、酒精灯、三脚架、泥三角．
（4）反应④所得的铝材中，往往含有少量的铁和硅等杂质，可用电解的方法进一步提纯，该电解池中阳极的电极反应式为2Al-3e^-═Al³⁺．下列可作阴极材料的是D
A．铝材     B．石墨     C．铅板     D．纯铝
（5）铝土矿中Al₂O₃的含量为40.8%，要使1t铝土矿中的Al₂O₃全部溶解理论上至少需要X的质量为0.32t．

Answer 1

分析 由题给信息可知，铝土矿加入过量试剂X可将铝与其它杂质分离，结合“NaOH溶液与二氧化硅反应非常缓慢，在工业生产时不必考虑”可知试剂X应为NaOH溶液，所得固体A含有SiO₂、Fe₂O₃、MgO、CuO，滤液Ⅰ含有NaAlO₂，通入过量Y生成氢氧化铝沉淀，则Y为CO₂，滤液Ⅱ为NaHCO₃溶液，灼烧氢氧化铝生成氧化铝，电解熔融的氧化铝可生成Al，以此解答该题．

解答 解：由题给信息可知，铝土矿加入过量试剂X可将铝与其它杂质分离，结合“NaOH溶液与二氧化硅反应非常缓慢，在工业生产时不必考虑”可知试剂X应为NaOH溶液，所得固体A含有SiO₂、Fe₂O₃、MgO、CuO，滤液Ⅰ含有NaAlO₂，通入过量Y生成氢氧化铝沉淀，则Y为CO₂，滤液Ⅱ为NaHCO₃溶液，灼烧氢氧化铝生成氧化铝，电解熔融的氧化铝可生成Al，
（1）由以上分析可知固体A为Fe₂O₃、MgO、CuO；试剂X为NaOH，Y为CO₂，故答案为：Fe₂O₃、MgO、CuO；NaOH；CO₂；
（2）反应②为偏铝酸钠与过量二氧化碳的反应，生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，反应的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）实验室里完成反应③应在坩埚中进行，灼烧氢氧化铝分解生成氧化铝，另外还需要酒精灯、三脚架、泥三角，故答案为：坩埚、酒精灯、三脚架、泥三角等；
（4）在电解池中阳极发生氧化反应，金属失去电子，电极反应式为Al-3e^-═Al³⁺，电解精炼铝应以纯铝作阴极材料，故答案为：2Al-3e^-═Al³⁺；D；
（5）铝土矿中Al₂O₃的含量为40.8%，1t铝土矿中的Al₂O₃的物质的量为$\frac{1×1{0}^{6}g×40.8%}{102g/mol}$=4000mol，与氢氧化钠溶液发生Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，由方程式可知需要8000molNaOH，质量为$\frac{8000mol×40g/mol}{1×1{0}^{6}g/t}$=0.32t，
故答案为：0.32 t．

点评 本题考查混合物分离提纯方法的选择和应用，为高频考点，把握混合物分离流程及发生的反应为解答的关键，侧重物质性质及分离方法的考查，明确物质性质差异性即可提纯分离物质，题目难度不大．