Question

某地有豐富的鋁土礦和石灰石資源，擬用鋁土礦（主要成分是Al₂O₃,還有少量的Fe₂O₃、SiO₂）為原料冶煉鋁，工藝流程如下圖所示：

（1）原料A的名稱是             ，可循環(huán)使用的物質(zhì)的化學(xué)式式為             。
（2）如果省去步驟①，即溶解鋁土礦從直接加入B溶液開始，則最終會對氧化鋁的生產(chǎn)產(chǎn)生的影響是       。
（3）寫步驟③的離子方程式             。
（4）步驟⑤是在鋁電解槽中進(jìn)行，電解槽的兩極材料均用石墨，寫出陰極的電極反應(yīng)方程式             。
（5）工業(yè)常用陽極氧化法使鋁的表面生成致密的氧化膜。如右圖是鋁陽極氧化實(shí)驗(yàn)裝置圖：a端是電源的        極。鋁片表面形成氧化鋁的原理是（用電極方程式表示）        ，        （填“能”或“不能”）用較濃NaCl溶液代替20%H₂SO₄作電解液進(jìn)行鋁的陽極氧化，若不能，請說明理由        。

Answer 1

（1）鹽酸（或硫酸）（1分）  CaCO₃和NaOH（2分）
（2）生成的氧化鋁中含有二氧化硅雜質(zhì)（2分）
（3）2AlO₂^－＋CO₂＋3H₂O2Al(OH)₃↓＋CO₃^2－（2分）（或AlO₂^－＋CO₂＋2H₂OAl(OH)₃↓＋HCO₃^－）
（4）Al^3＋＋3e^－Al（2分）
（5）正（1分）   2Al－6e^－＋3H₂OAl₂O₃＋6H^＋（2分） 不能（1分）  若用NaCl溶液代替硫酸，陽極會有Cl^－放電產(chǎn)生Cl₂，無法使其表面生成致密的氧化膜(其他合理答案均給分，2分) 

試題分析：（1）SiO₂和鹽酸不反應(yīng)，F(xiàn)e₂O₃和氫氧化鈉不反應(yīng)而氧化鋁能反應(yīng)，向偏鋁酸鈉中通入過量的二氧化碳可以生成氫氧化鋁沉淀。由工藝流程可知步驟③通入的為二氧化碳，生成的沉淀為氫氧化鋁，所以濾液②含有AlO₂^－．步驟②應(yīng)加入氫氧化鈉除去鐵離子，將鋁離子轉(zhuǎn)化為AlO₂^－，所以濾液①中含有Al^3＋，步驟①應(yīng)為加入鹽酸，除去SiO₂。
濾液①中含有Al^3＋、Fe^3＋、Cl^－、H^＋等，加入氫氧化鈉，除去鐵離子、氫離子，將鋁離子轉(zhuǎn)化為AlO₂^－，濾液2含有AlO₂^－，Cl^－、Na^＋、，通入二氧化碳將偏鋁酸根離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁，所以濾液3中的離子主要有Na^＋、OH^－、Cl^－、HCO₃^－，步驟③通入二氧化碳與AlO₂^－反應(yīng)生成的沉淀為氫氧化鋁，反應(yīng)化學(xué)方程式為NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al(OH)₃↓+NaHCO₃，CaCO₃CaO+CO₂↑，氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣，氫氧化鈣和碳酸氫鈉反應(yīng)，NaHCO₃+Ca(OH)₂═CaCO₃↓+NaOH+H₂O，所以NaOH、CaCO₃可再次被利用，即可循環(huán)使用。
（2）如果省去步驟①，即溶解鋁土礦是從加入原料B開始，用NaOH溶液溶解鋁土礦，則有部分SiO₂溶解在NaOH溶液中生成硅酸鈉，通入二氧化碳會生成硅酸沉淀，最后使加熱制得的Al₂O₃混有SiO₂雜質(zhì)。
（3）步驟③通入二氧化碳與AlO₂^－反應(yīng)生成的沉淀為氫氧化鋁，二氧化碳少量時離子方程式為2AlO₂^－＋CO₂＋3H₂O2Al(OH)₃↓＋CO₃^2－，二氧化碳過量時離子方程式為AlO₂^－＋CO₂＋2H₂OAl(OH)₃↓＋HCO₃^－
（4）三氧化鋁熔融時電離出O^2－和Al^3＋，陽離子在陰極放電，所以陰極的電極反應(yīng)方程式Al^3＋＋3e^－Al。
（5）電解池的陽極材料是鋁時，則該電極反應(yīng)是鋁本身失電子的過程，即2Al－6e^－＋3H₂OAl₂O₃＋6H^＋，所以a端是電源的正極，陰極發(fā)生陽離子的得電子過程，在酸溶液中，為6H^＋+6e^－3H₂。 不能用較濃溶液代替20%H₂SO₄作電解液進(jìn)行鋁的陽極氧化，若用NaCl溶液代替硫酸，陽極會有Cl^－放電產(chǎn)生Cl₂，無法使其表面生成致密的氧化膜(其他合理答案均給分，2分)