Question

4．七铝十二钙（12CaO•7Al₂O₃）是新型的超导材料和发光材料，用白云石（主要含CaCO₃和MgCO₃）和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下：

（1）煅粉主要含MgO和CaO，用适量的NH₄NO₃溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶，若溶液I中c（Mg²⁺）小于5×10^-6mol•L^-1，则溶液pH大于11（Mg（OH）₂的Ksp=5×10^-12）；该工艺中不能用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃，原因是加入（NH₄）₂SO₄会生成CaSO₄微溶物，在过滤是会被除去，造成生成的CaO减少．
（2）用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜，反应的离子方程式为2OH^-+Al₂O₃=2AlO₂^-+H₂O．
（3）电解制备Al（OH）₃时，电极分别为Al片和石墨，电解总反应方程式为2Al+6H₂O═2Al（OH）₃↓+3H₂↑．

Answer 1

分析 白云石煅烧发生反应：CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，MgCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MgO+CO₂↑，在锻粉中加入适量的NH₄NO₃溶液后，镁化合物几乎不溶，由于NH₄NO₃溶液水解显酸性，与CaO反应生成Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，故过滤后溶液中含Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，将CO₂和NH₃通入滤液I中后发生反应：Ca（NO₃）₂+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄NO₃，据此分析滤液中的阴离子；若滤液Ⅰ中仅通入CO₂，会造成CO₂过量，废铝片加入氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠溶液，用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜，电解制备Al（OH）₃时，电极分别为Al片和石墨，在碳酸钠溶液中搅拌电解，得到氢氧化铝，过滤加热灼烧得到氧化铝，碳酸钙和氧化铝共混加热1500°C得到七铝十二钙，据此分析产物；
（1）锻粉是由白云石高温煅烧而来；用适量NH₄NO₃溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶，即得Mg（OH）₂的饱和溶液，根据Mg（OH）₂的Ksp来计算；CaSO₄微溶于水；
（2）氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水；
（3）用Al片和石墨作电极来制备Al（OH）₃，故Al做阳极，据此分析．

解答 解：（1）锻粉是由白云石高温煅烧而来，在煅烧白云石时，发生反应：CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，MgCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MgO+CO₂↑，故所得锻粉主要含MgO和CaO；用适量NH₄NO₃溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶，即得Mg（OH）₂的饱和溶液，根据Mg（OH）₂的K_sp可知：K_sp=c（Mg²⁺）•c²（OH^-）=5×10^-12，而c（Mg²⁺）小于5×10^-6mol•L^-1，故c（OH^-）大于10^-3mol/L，则溶液中的c（H⁺）小于10^-11mol/L，溶液的pH大于11；CaSO₄微溶于水，如果用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃，会生成CaSO₄沉淀引起Ca²⁺的损失，
故答案为：CaO；11；CaSO₄微溶于水，用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃，会生成CaSO₄沉淀引起Ca²⁺的损失；
（2）氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，离子反应为Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，
故答案为：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O；
（3）用Al片和石墨作电极来制备Al（OH）₃，故Al做阳极，石墨做阴极，阳极反应为：Al-3e^-=Al³⁺①，阴极上是来自于水的H⁺放电：2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑ ②
将①×2+②×3可得总反应：2Al+6H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Al（OH）₃↓+3H₂↑，
故答案为：2Al+6H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Al（OH）₃↓+3H₂↑．

点评 本题是一道非常典型的工艺流程图题，综合性较强，综合了元素化合物、电解池和原电池的知识考查，难度较大．