题目内容

18．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Fe（OH）2、Fe（OH）3、Mg（OH）2．
（2）写出溶液A与足量气体B反应的离子方程式CO2+OH-═HCO3-、AlO2-+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-．
（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）Al2O3的熔点很高，因而在工业冶炼时，需将Al2O3熔于熔化的冰晶石（Na3AlF6）中进行电解．请写出电解过程中阴极的电极反应式Al3++3e-═Al．工业上通常将Al（OH）3和Na2CO3一同溶于氢氟酸来制取冰晶石，反应时放出CO2气体，写出该反应的化学方程式2Al（OH）3+3Na2CO3+12HF═2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O．
（5）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？不可行，AlCl3是共价化合物，熔融状态的AlCl3不导电．
（6）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，请你计算钒土中Al2O3的质量分数25.5%．

分析 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足量氢氧化钠反应后生成的可溶物为NaAlO2，不溶物固体A为Fe（OH）2、Fe（OH）3、Mg（OH）2，溶液A为NaAlO2溶液和氢氧化钠溶液的混合物，溶液中通入足量B为二氧化碳气体，二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸氢钠，二氧化碳和偏氯酸钠溶液反应生成氢氧化铝和碳酸氢钠，过滤得到固体B为氢氧化铝，溶液B为碳酸氢钠溶液，固体B受热分解生成氧化铝，
（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）电解氧化铝，阴极上是铝离子得电子发生还原反应生成铝，将Al（OH）3和Na2CO3一同溶于氢氟酸来制取冰晶石，反应时放出CO2气体，根据元素守恒可写出化学方程式；
（5）AlCl3是共价化合物，在熔融状态下不导电，不能用来电解；
（6）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）电解氧化铝，阴极上是铝离子得电子发生还原反应生成铝，电极反应式为Al3++3e-═Al，将Al（OH）3和Na2CO3一同溶于氢氟酸来制取冰晶石，反应时放出CO2气体，反应的化学方程式为2Al（OH）3+3Na2CO3+12HF═2Na3AlF6+3CO2↑+9H2，
故答案为：Al3++3e-═Al；2Al（OH）3+3Na2CO3+12HF═2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O；
（5）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；
（6）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=$\frac{\frac{1.35t×10{\;}^{6}g/t}{27g/mol}×102g/mol}{10t×10{\;}^{6}g/t}$=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，本题中等．

练习册系列答案
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9．下列萃取和分液结合进行的操作（用CCl4从碘水中萃取碘）中错误的是（　　）
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6．某粗铜含铁、金和铅等杂质，通过电解精炼铜后，阳极泥含有Cu、Au（金）和PbSO4等杂质，为充分利用电解后的阳极泥和电解液，设计如下工艺流程：

回答下列问题：
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（5）写出反应②的离子方程式2AuCl4-+3SO2+6H2O=2Au+3SO42-+8Cl-+12H+．
（6）为了减少废液排放、充分利用有用资源，工业上将滤液Ⅰ并入溶液Ⅰ进行循环操作，请指出流程图中另一处类似的做法用滤液Ⅱ溶解碱浸渣（或并入硝酸中）．
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（1）原混合物中Na2CO3的质量．
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10．化学与生活密切相关，下列说法中不正确的是（　　）
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8．同温同压下，两个等体积的干燥圆底烧瓶中分别充满①NH3、②NO2，进行喷泉实验．经充分反应后，瓶内溶质的物质的量浓度为，假设溶质不扩散（　　）
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