Question

2．铝土矿主要成分为Al₂O₃，Fe₂O₃等．采用熔盐电解法获得的粗铝中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．工艺流程如图所示
（已知：NaCl熔点为801℃；AlCl₃在181℃升华）

（1）铝土矿中加入NaOH溶液后发生的离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；赤泥中一定含有的是Fe₂O₃（填化学式）；向滤液中通入过量CO2所发生反应的离子方程式为AlO₂^-+2H₂0+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（2）如图在铝电解槽中电解制备铝时，W是Al（填化学式）．工业上可以用氟化氢气体、氢氧化铝和纯碱在高温条件下发生反应来制取A、A是Na₃AlF₆，其作用是，写出该反应的化学方程式2Al（OH）₃+12HF+3Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Na₃AlF₆+3CO₂+9H₂O．
（3）将Cl₂连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡而除去．气泡的成分除Cl₂外还含有H₂、HCl和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．
（4）钢材镀铝后，抗腐蚀性能会大大增强，其原因是表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀．
（5）用含Al₂O₃68%的铝土矿100吨，经上述生成流程制取高纯铝，若浸取率为90%，后续生成过程中损失了5.00%的铝，可制得含铝99.0%的高纯铝的质量为31.1吨．（保留三位有效数字）

Answer 1

分析 氢氧化钠与氧化铁不反应，流程分析可知，铝土矿加入氢氧化钠溶液浸取过滤，滤渣为氧化铁，滤液中加入过量二氧化碳得到氢氧化铝沉淀，焙烧得到氧化铝，氧化铝电解得到粗铝，粗铝在坩埚中精炼高温通入氯气，将Cl₂连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮而除去，得到高纯铝液，气体冷却得到氯化铝固体，镀铝电解池中，金属铝为阳极，熔融盐电镀液中铝元素主要以AlCl₄^-形式存在，通过电镀在表面镀铝．
（1）氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，滤液中含有偏铝酸钠，通入过量CO₂发生反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢根离子；
（2）电解氧化铝阳极氧离子放电生成氧气，阴极铝离子放电生成铝单质，所以W为铝，Al₂O₃的熔点很高，熔化需要较多能量，加入冰晶石可以降低Al₂O₃的熔化温度．根据质量守恒定律书写该化学方程式；
（3）根据题中信息：NaCl熔点为801℃；AlCl₃在181℃升华，在结合物质之间的反应来分析；
（4）依据铝性质活泼，容易与氧气反应生成氧化铝，结合氧化铝性质解答；
（5）根据铝元素守恒分析解答．

解答 解：（1）氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，反应为：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，氢氧化钠与氧化铁不反应，所以赤泥中的主要成分是Fe₂O₃，滤液中含有偏铝酸钠，通入过量CO₂所发生反应的离子方程式为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案为：Fe₂O₃；AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（2）电解氧化铝阳极氧离子放电生成氧气，阴极铝离子放电生成铝单质，W为阴极产物，所以W为铝，Al₂O₃的熔点很高，熔化需要较多能量，加入冰晶石可以降低Al₂O₃的熔化温度，即助熔剂，工业上可以用氟化氢气体、氢氧化铝和纯碱在高温条件下发生反应来制取冰晶石，根据质量守恒定律书写该化学方程式为：2Al（OH）₃+12HF+3Na₂CO₃ =2Na₃AlF₆+3CO₂+9H₂O；
故答案为：Al；Na₃AlF₆；助熔剂（或降低熔化温度）；2Al（OH）₃+12HF+3Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Na₃AlF₆+3CO₂+9H₂O；
（3）粗铝含有一定量的金属钠和氢气，钠、铝和氯气反应生成了氯化钠和氯化铝，氢气和氯气发生反应生成氯化氢，其中氯化钠熔点为801℃，较高，是固态杂质随气泡上浮，气泡的主要成分除Cl₂外还含有H₂、HCl、AlCl₃；
故答案为：H₂、HCl和AlCl₃；NaCl；
（4）铝金属表面形成的致密氧化铝膜具有保护作用，致密的氧化膜能隔绝钢材与空气中的O₂、CO₂和H₂O等接触，使电化学腐蚀和化学腐蚀不能发生，
故答案为：表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀；
（5）含Al₂O₃68%的铝土矿100吨，含有铝的物质的量为$\frac{100×1{0}^{6}g×68%}{102g/mol}×2$，浸取率为90%，损失了5.00%的铝，可制得含铝99.0%的高纯铝的物质的量为[$\frac{100×1{0}^{6}g×68%}{102g/mol}×2$×90%×（1-5%）]÷99%，质量为：$\frac{100×1{0}^{6}×68%×2×0.9×0.95}{102×0.99}×27$≈31.1吨，
故答案为：31.1吨．

点评 本题工艺流程，设计铝制备，工业电镀铝，明确铝及其化合物性质是解题关键，注意电解池工作原理，题目难度中等．