Question

铝是人类生活中继铜、铁之后又一个重要的金属．工业上冶炼金属铝的原料来源于自然界中重要的矿物质钒土（主要成分：Al₂O₃；还有SiO₂、Fe₂O₃、FeCO₃、MgCO₃等杂质）．从钒土中提取得到Al₂O₃的工艺流程如图所示：

请回答下列问题：
（1）固体A所含物质的化学式（或分子式）是

 

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（2）写出溶液A与气体B反应的离子方程式

 

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（3）工业冶炼金属铝通常用石墨碳块作电解槽的阳极，请你根据电解原理解释电解冶炼铝的过程中，需要定期补充阳极碳块的原因

 

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（4）Al₂O₃的熔点很高，因而在工业冶炼时，需将Al₂O₃的熔于熔化的冰晶石（Na₃AlF₆）中进行电解．有一位同学查阅资料发现，AlCl₃的熔点很低．他提出：可通过电解熔融状态的AlCl₃制取金属铝．你认为他提出的方案是否可行？为什么？

 

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（5）某企业用上述工艺流程进行生产，每10.0t钒土可得到金属铝1.35t．如果不考虑生产过程的损耗，请你计算每生产钒土中Al₂O₃的质量分数

 

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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：（1）矾土与稀盐酸反应生成金属阳离子后再和氢氧化钠反应生成的沉淀就是固体A；
（2）溶液A的溶质就是矾土与稀盐酸反应生成金属阳离子后再和氢氧化钠反应生成的可溶性物质含有AlO₂^-；
（3）电解时阳极失电子生成氧气，氧气在高温时会氧化碳块，使碳块消耗；
（4）AlCl₃是共价化合物，在熔融状态下不导电，不能用来电解；
（5）根据Al元素质量守恒，1molAl生成0.5molAl₂O₃计算．

解答： 解：（1）钒土主要成分是Al₂O₃，还有SiO₂、Fe₂O₃、FeCO₃、MgCO₃等杂质，除SiO₂不反应外，与盐酸反应生成的金属阳离子有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺等，这些金属阳离子再与氢氧化钠反应后生成的可溶物为NaAlO₂，不溶物为Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；
故答案为：Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；
（2）由（1）知溶液A主要为NaAlO₂溶液和剩余的氢氧化钠溶液，通入二氧化碳气体首先和氢氧化钠反应CO₂+OH^-═HCO₃^-，还有和NaAlO₂的反应AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案为：CO₂+OH^-═HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）电解时阳极失电子生成氧气，氧气在高温条件下会氧化碳块，使碳块消耗，所以需要定期补充阳极碳块；
故答案为：电解冶炼铝的阳极产物为O₂，在高温条件下，O₂与阳极碳发生反应消耗阳极碳块；
（4）AlCl₃是共价化合物，在熔融状态下不导电，不能用来电解，而氧化铝为离子化合物，在熔融状态下可导电，可以用来电解；
故答案为：不可行；AlCl₃是共价化合物，熔融状态的AlCl₃不导电；
（5）根据元素守恒，矾土中每1molAl会生成0.5molAl₂O₃，则以Al₂O₃表示的质量分数=

1.35t×106g/t 27g/mol ×102g/mol

10t×106g/t

×100%=25.5%，故答案为：25.5%．

点评：本题为生产工艺流程题，涉及电解、计算等问题，题目较为综合，做题时注意仔细审题，从题目中获取关键信息．本题难大．