Question

7．如图是用铝土矿（主要成分为氧化铝，含有杂质氧化铁）传统工业生产金属铝的基本流程图．结合铝生产的流程图回答下列问题：

（1）铝土矿加入氢氧化钠溶液前先粉碎，目的是增大接触面积，提高反应速率，提高原料浸出率（或转化率），沉淀A除了能用于金属冶炼外，还可以作颜料或防锈油漆等（写一种用途）．
（2）完成下列反应：铝土矿与氢氧化钠溶液反应的离子方程式Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；溶液B通入足量CO₂的化学方程式CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃．
（3）石油炼制和煤的干馏产品碳素材料（填物质名称）作电解铝的阴极和阳极材料．
（4）在金属铝的冶炼中加入冰晶石（Na₃AlF₆）和氟化钙的目的是降低Al₂O₃的熔点，减少熔融电解质的能耗．
（5）冰晶石能在碱性溶液中分解，写出冰晶石与足量NaOH溶液反应生成两种钠盐的化学方程式Na₃AlF₆+4NaOH═6NaF+NaAlO₂+2H₂O．
（6）已知生产1mol铝消耗的电能为1.8x10⁶J，9g铝制饮料罐可回收能量为0.2kJ，则铝制饮料罐的热回收效率η=0.033%．（热回收效率=回收能量/生产耗能 ）

Answer 1

分析 传统的工业生产金属铝的基本流程为：铝土矿（主要成分为氧化铝，含有杂质氧化铁），铝土矿中加入氢氧化钠溶液，过滤，氧化铝溶解生成溶液B为偏铝酸钠溶液，沉淀A为氧化铁，偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳，过滤得氢氧化铝，氢氧化铝受热分解得氧化铝，萤石主要成分为氟化钙，萤石中加入冰晶石和氟化钙，降低三氧二化铝熔化时所需的温度，电解氧化铝得到铝和氧气，石油炼制和煤的干馏产品中石墨（或碳）可以作为惰性电极电解冶炼铝，电解得到铝锭，据此答题．

解答 解：传统的工业生产金属铝的基本流程为：铝土矿（主要成分为氧化铝，含有杂质氧化铁），铝土矿中加入氢氧化钠溶液，过滤，氧化铝溶解生成溶液B为偏铝酸钠溶液，沉淀A为氧化铁，偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳，过滤得氢氧化铝，氢氧化铝受热分解得氧化铝，萤石主要成分为氟化钙，萤石中加入冰晶石和氟化钙，降低三氧二化铝熔化时所需的温度，电解氧化铝得到铝和氧气，石油炼制和煤的干馏产品中石墨（或碳）可以作为惰性电极电解冶炼铝，电解得到铝锭，
（1）铝土矿加入氢氧化钠溶液前先粉碎，目的是增大接触面积，提高反应速率，提高原料浸出率（或转化率），沉淀A为氧化铁，氧化铁除了能用于金属冶炼外，还可以作颜料或防锈油漆等，
故答案为：增大接触面积，提高反应速率，提高原料浸出率（或转化率）；作颜料或防锈油漆等；
（2）铝土矿中加入氢氧化钠溶液，氧化铝溶解生成偏铝酸钠，反应的离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，溶液B为偏铝酸钠溶液，溶液B通入足量CO₂生成氢氧化铝沉淀，反应的化学方程式为 CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃，
故答案为：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
（3）石油炼制和煤的干馏产品中碳素材料作电解铝的阴极和阳极材料，
故答案为：碳素材料；
（4）Al₂O₃属于离子晶体，熔点较高，加入冰晶石和氟化钙，熔融的冰晶石和氟化钙能溶解Al₂O₃晶体，所以其在电解冶炼铝时被用作助熔剂，降低三氧二化铝熔化时所需的温度，在金属铝的冶炼中加入冰晶石和氟化钙的目的是降低Al₂O₃的熔点，减少熔融电解质的能耗；
故答案为：降低Al₂O₃的熔点，减少熔融电解质的能耗；
（5）冰晶石与足量NaOH溶液反应生成两种钠盐分别为偏铝酸钠和氟化钠，结合原则守恒配平书写化学方程式为：Na₃AlF₆+4NaOH═6NaF+NaAlO₂+2H₂O；
故答案为：Na₃AlF₆+4NaOH═6NaF+NaAlO₂+2H₂O；
（6）已知生产1mol铝消耗的电能为1.8×10⁶J，9g铝制饮料罐可回收能量为0.2kJ，生产9g铝制饮料罐消耗的电能=$\frac{9g}{27g/mol}$×1.8×10³KJ，则铝制饮料罐的热回收效率η=$\frac{回收能量}{生产耗能}$×100%=$\frac{0.2KJ}{\frac{9}{27}×1.8×1{0}^{3}KJ}$×100%=0.033%，
故答案为：0.033%．

点评 本题考查化学工艺流程、电解原理等，题目难度中等，理解工艺流程是解题的关键，需要学生基本扎实的据此与运用知识分析解决问题的能力．注意复杂离子方程式和化学方程式的书写方法应用．