Question

8．冰晶石是一种矿物，主要成分为六氟合铝酸钠（Na₃AlF₆），微溶于水，熔融的冰晶石能溶解氧化铝，在电解铝工业作助熔剂，制造乳白色玻璃和搪瓷的遮光剂．工业上生产Na₃AlF₆的主要流程如下：

试结合生产流程回答下列问题：
（1）浸取后的“残渣”中一定含有的成分是CaSiO₃，硫酸铝与NaF（aq）反应的离子方程式为3Na⁺+6F^-+Al³⁺=Na₃AlF₆↓；
（2）为提高NaF的浸出率，煅烧后的固体在浸取前应采取的措施为粉碎，为得到纯净的Na₃AlF₆产品，操作a包括的主要操作步骤为过滤→洗涤→干燥；
（3）在按化学计量加入硫酸铝溶液前，需先用硫酸将NaF（aq）的pH下调至5左右，请解释其原因是F^-、Al³⁺发生双水解而生成氢氧化铝沉淀；
（4）78kg含CaF₂80%的氟石（杂质不含氟元素）理论上可生产Na₃AlF₆₅₆kg（设生产过程中的每一步含氟物质均完全转化）；
（5）碳酸化法也是工业制取Na₃AlF₆的一种方法：在偏铝酸钠及氟化钠溶液中，通入足量二氧化碳即可，请写出该反应的化学方程式6NaF+4CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Na₃AlF₆↓+4NaHCO₃_．

Answer 1

分析 工业上生产Na₃AlF₆的主要流程：氟化钙、石英、纯碱高温煅烧：CaF₂+Na₂CO₃ +SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ CO₂↑+2NaF+CaSiO₃↓，加水浸取，残渣为CaSiO₃，加入硫酸铝，
硫酸铝与NaF（aq）反应的离子方程式为：3Na⁺+6F^-+Al³⁺=Na₃AlF₆↓，过滤、洗涤、干燥得纯净的Na₃AlF₆产品．
（1）根据CaF₂+Na₂CO₃ +SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ CO₂↑+2NaF+CaSiO₃↓，可知浸取后的“残渣”中一定含有的成分是CaSiO₃，硫酸铝与NaF（aq）反应生成Na₃AlF₆；
（2）煅烧后的固体在浸取前进行粉碎能提高NaF的浸出率，硫酸铝与NaF（aq）反应生成Na₃AlF₆沉淀，需先过滤后洗涤干燥得到纯净的Na₃AlF₆产品；
（3）硫酸铝为强酸弱碱盐，氟化钠为强碱弱酸盐，两者能发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀；
（4）根据氟元素守恒进行解答，3CaF₂～Na₃AlF₆；
（5）在偏铝酸钠及氟化钠溶液中，通入足量二氧化碳生成六氟铝酸钠沉淀和碳酸氢钠．

解答 解：（1）氟化钙、石英、纯碱高温煅烧：CaF₂+Na₂CO₃ +SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ CO₂↑+2NaF+CaSiO₃↓，加水浸取，氟化钠溶于水，硅酸钙难溶于水，所以残渣一定为硅酸钙，硫酸铝与NaF（aq）反应生成Na₃AlF₆沉淀，离子反应为：3Na⁺+6F^-+Al³⁺=Na₃AlF₆↓，
故答案为：CaSiO₃；3Na⁺+6F^-+Al³⁺=Na₃AlF₆↓；
（2）将块状固体进行粉碎能增大接触面积，煅烧后的固体在浸取前进行粉碎，浸取时能提高NaF的浸出率，硫酸铝与NaF（aq）反应生成Na₃AlF₆沉淀，分离固体、液体用过滤进行分离，沉淀表面有杂质需进行洗涤，然后进行干燥得到纯净的Na₃AlF₆产品，
故答案为：粉碎；过滤、洗涤、干燥；
（3）硫酸铝为强酸弱碱盐，氟化钠为强碱弱酸盐，两者能发生双水解反应，离子反应为：3F^-+Al³⁺+3H₂O=3HF↑+Al（OH）₃↓，为防止双水解发生，所以加入硫酸铝溶液前，需先用硫酸将NaF（aq）的pH下调至5左右，
故答案为：F^-、Al³⁺发生双水解而生成氢氧化铝沉淀；
（4）78kg含CaF₂80%的氟石n（CaF₂）=$\frac{78kg×80%}{78g/mol}$=8×10²mol，生产过程中的每一步含氟物质均完全转化，根据氟元素守恒：3CaF₂～Na₃AlF₆，n（Na₃AlF₆）=8×10²mol×$\frac{1}{3}$，m（Na₃AlF₆）=nM=8×10²mol×$\frac{1}{3}$×210g/mol=56kg，
故答案为：56kg；
（5）根据题干信息：碳酸化法也是工业制取Na₃AlF₆的一种方法，在偏铝酸钠及氟化钠溶液中，通入足量二氧化碳必生成六氟铝酸钠沉淀，根据原子守恒，反应为：6NaF+4CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Na₃AlF₆↓+4NaHCO₃，
故答案为：6NaF+4CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Na₃AlF₆↓+4NaHCO₃．

点评 本题考查了Na₃AlF₆的制备，涉及物质的分离与提纯、离子反应方程式的书写、化学计算，理解原理以及熟练综合应用元素化合物知识是解答关键，题目难度中等．