Question

下圖是傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁的基本流程圖，結(jié)合鋁生產(chǎn)的流程圖解答下列各題：

(1)工業(yè)冶煉金屬鋁用的是鋁土礦，鋁土礦的主要成分是__________(填化學(xué)式)。石油煉制和煤的干餾產(chǎn)品__________(填物質(zhì)名稱)作電解鋁的陰極和陽極材料。
(2)氧化鋁熔點(diǎn)高達(dá)2 050 ℃，工業(yè)上為了降低能量消耗，在金屬鋁的冶煉中采取的措施是_________________________________________________。
(3)在冶煉過程中，陽極材料需要定期地進(jìn)行更換，原因是該極材料不斷被消耗，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是： ____________________________(用化學(xué)方程式表示)。
(4)工業(yè)上制取金屬鎂時(shí)是電解熔融MgCl₂，電解反應(yīng)方程式為____________________________，鎂和鋁都是活潑金屬，為什么在電解冶煉過程中，一個(gè)用氯化物，一個(gè)用氧化物_____________________。

Answer 1

(1)Al₂O₃　碳素材料
(2)加入冰晶石(Na₃AlF₆)和少量CaF₂
(3)C＋O₂ CO₂
(4)MgCl₂(熔融) Mg＋Cl₂↑
因?yàn)镸gO熔點(diǎn)太高，MgCl₂熔點(diǎn)低，電解MgCl₂耗能少。AlCl₃是共價(jià)化合物，熔化時(shí)不能發(fā)生電離

該題以工業(yè)冶煉金屬鋁為載體考查了原料的判斷、原理的詮釋以及能
量的合理利用。
(1)鋁土礦的主要化學(xué)成分是Al₂O₃，另外還有SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂、H₂O等，電解前必須進(jìn)行提純。石油煉制、煤的干餾的固體物質(zhì)的成分為碳，具有導(dǎo)電性，可以作為陽極和陰極材料。
(2)純凈Al₂O₃的熔點(diǎn)很高，而其電解必須在熔融狀態(tài)下進(jìn)行，若采用純凈的Al₂O₃進(jìn)行電解，則加熱熔融需要耗費(fèi)大量的能量，所以工業(yè)上采用加入冰晶石(Na₃AlF₆)和氟化鈣(CaF₂)助熔。
(3)工業(yè)冶煉鋁的關(guān)鍵操作是電解，電解時(shí)陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，熔融物中的O^2－失電子，生成O₂，在電解過程中陽極的材料碳逐漸與生成的氧氣反應(yīng)，在高溫條件下生成CO₂。
(4)因?yàn)镸gCl₂為離子化合物，熔融時(shí)能發(fā)生電離；AlCl₃為共價(jià)化合物，熔融時(shí)不發(fā)生電離；再者M(jìn)gO熔點(diǎn)很高，很難熔化，耗能太大。