Question

3．工业中以铝土矿（主要成分为Al₂O₃，另含有Fe₂O₃和SiO₂）为原料冶炼铝过程如图1所示：

（1）实验室进行过滤用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗．
（2）操作 II中生成不溶物C的离子方程式是OH^-+CO₂=HCO₃^-；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）氧化铝的熔点高达2050℃，工业上为降低能耗，在铝的电解冶炼时，采取的措施是加入冰晶石降低氧化铝熔点．
（4）电解冶炼铝时，阳极和阴极以碳素材料制成，电解过程中，阳极材料需定期进行更换，原因是阳极上生成的氧气和C反应生成二氧化碳．
（5）为了提高综合经济效益，实际工业生产中常将上述反应中的相关物质循环利用．其部分转化关系如图2所示：

①上述转化中未涉及四种基本反应类型中的置换反应；
②写出过程③的化学方程式：不用铝制品炊具或不用铝箔包装食品．
（6）研究表明，人体过量吸入铝元素会严重危害身体健康．请你结合实际提出两条杜绝铝元素过量吸入的措施：不用铝制品炊具或不用铝箔包装食品．

Answer 1

分析 铝土矿（主要成分为Al₂O₃，另含有Fe₂O₃和SiO₂）中加入足量稀盐酸，发生的反应为Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，SiO₂和稀盐酸不反应，然后过滤，所以滤液A中溶质为FeCl₃、AlCl₃、HCl，不溶物A为SiO₂；向A溶液中加入过量NaOH溶液，发生的离子反应为Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，然后过滤，滤液B中含有NaAlO₂和NaOH，不溶物B为Fe（OH）₃，向滤液B中通过过量二氧化碳，发生的离子反应方程式为OH^-+CO₂=HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；然后过滤，得到的溶液C中溶质为NaHCO3，不溶物C是Al（OH）₃，加热Al（OH）₃，发生的反应为
2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，电解熔融氧化铝得到Al；
（5）碳酸钙高温下分解生成CaO和CO₂，CaO和H₂O反应生成Ca（OH）₂，Ca（OH）₂和NaHCO₃反应生成CaCO₃和NaOH，所以X是CaCO₃、Y是CaO、Z是Ca（OH）₂；
（6）在涉及到食物包装及其含有铝元素的药品时要注意尽可能的避免，据此分析解答．

解答 解：铝土矿（主要成分为Al₂O₃，另含有Fe₂O₃和SiO₂）中加入足量稀盐酸，发生的反应为Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，SiO₂和稀盐酸不反应，然后过滤，所以滤液A中溶质为FeCl₃、AlCl₃、HCl，不溶物A为SiO₂； 向A溶液中加入过量NaOH溶液，发生的离子反应为Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，然后过滤，滤液B中含有NaAlO₂和NaOH，不溶物B为Fe（OH）₃，向滤液B中通过过量二氧化碳，发生的离子反应方程式为OH^-+CO₂=HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；然后过滤，得到的溶液C中溶质为NaHCO3，不溶物C是Al（OH）₃，加热Al（OH）₃，发生的反应为
2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，电解熔融氧化铝得到Al，
（1）实验室里过滤用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗，故答案为：玻璃棒、漏斗；
（2）操作Ⅱ中生成不溶物C的离子方程式是OH^-+CO₂=HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，故答案为：OH^-+CO₂=HCO₃^-；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
3）氧化铝的熔点高达205℃，工业上为降低能耗，在铝的电解冶炼时，采取的措施是加入冰晶石降低氧化铝熔点，
故答案为：加入冰晶石降低氧化铝熔点；
（4）电解冶炼铝时，阳极和阴极以碳素材料制成，电解过程中，阳极材料需定期进行更换，原因是
阳极上生成的氧气和C反应生成二氧化碳，导致阳极材料减少，所以需要定期进行更换，
故答案为：阳极上生成的氧气和C反应生成二氧化碳；
（5）碳酸钙高温下分解生成CaO和CO₂，CaO和H₂O反应生成Ca（OH）₂，Ca（OH）₂和NaHCO₃反应生成CaCO₃和NaOH，所以X是CaCO₃、Y是CaO、Z是Ca（OH）₂，
①上述转化中，①②③分别是分解反应、化合反应、复分解反应，所以没有涉及四个基本反应类型中的置换反应，
故答案为：置换；
②过程③的化学方程式：Ca（OH）₂+NaHCO₃=CaCO₃↓+NaOH+H₂O，
故答案为：Ca（OH）₂+NaHCO₃=CaCO₃↓+NaOH+H₂O；
（6）科学研究表明，人体过量吸入铝元素会严重危害身体健康，杜绝铝元素过量吸入的措施：不用铝制品炊具或不用铝箔包装食品，
故答案为：不用铝制品炊具或不用铝箔包装食品．

点评 本题以铝及其化合物为载体考查物质分离和提纯，综合性较强，涉及离子方程式的书写、物质推断、金属冶炼、基本操作等知识点，明确基本操作规则及仪器用途、离子方程式书写规则、电解原理等知识点即可解答，注意：铝应该采用电解熔融氧化铝方法冶炼，不能采用电解熔融氯化铝冶炼，为易错点．