Question

2．鋁土礦主要成分為Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃等．采用熔鹽電解法獲得的粗鋁中含一定量的金屬鈉和氫氣，這些雜質(zhì)可采用吹氣精煉法除去，產(chǎn)生的尾氣經(jīng)處理后可用于鋼材鍍鋁．工藝流程如圖所示
（已知：NaCl熔點為801℃；AlCl₃在181℃升華）

（1）鋁土礦中加入NaOH溶液后發(fā)生的離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；赤泥中一定含有的是Fe₂O₃（填化學(xué)式）；向濾液中通入過量CO2所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為AlO₂^-+2H₂0+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（2）如圖在鋁電解槽中電解制備鋁時，W是Al（填化學(xué)式）．工業(yè)上可以用氟化氫氣體、氫氧化鋁和純堿在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)來制取A、A是Na₃AlF₆，其作用是，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2Al（OH）₃+12HF+3Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Na₃AlF₆+3CO₂+9H₂O．
（3）將Cl₂連續(xù)通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質(zhì)隨氣泡而除去．氣泡的成分除Cl₂外還含有H₂、HCl和AlCl₃．固態(tài)雜質(zhì)粘附于氣泡上，在熔體表面形成浮渣，浮渣中肯定存在NaCl．
（4）鋼材鍍鋁后，抗腐蝕性能會大大增強，其原因是表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕．
（5）用含Al₂O₃68%的鋁土礦100噸，經(jīng)上述生成流程制取高純鋁，若浸取率為90%，后續(xù)生成過程中損失了5.00%的鋁，可制得含鋁99.0%的高純鋁的質(zhì)量為31.1噸．（保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 氫氧化鈉與氧化鐵不反應(yīng)，流程分析可知，鋁土礦加入氫氧化鈉溶液浸取過濾，濾渣為氧化鐵，濾液中加入過量二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀，焙燒得到氧化鋁，氧化鋁電解得到粗鋁，粗鋁在坩堝中精煉高溫通入氯氣，將Cl₂連續(xù)通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質(zhì)隨氣泡上浮而除去，得到高純鋁液，氣體冷卻得到氯化鋁固體，鍍鋁電解池中，金屬鋁為陽極，熔融鹽電鍍液中鋁元素主要以AlCl₄^-形式存在，通過電鍍在表面鍍鋁．
（1）氧化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，濾液中含有偏鋁酸鈉，通入過量CO₂發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫根離子；
（2）電解氧化鋁陽極氧離子放電生成氧氣，陰極鋁離子放電生成鋁單質(zhì)，所以W為鋁，Al₂O₃的熔點很高，熔化需要較多能量，加入冰晶石可以降低Al₂O₃的熔化溫度．根據(jù)質(zhì)量守恒定律書寫該化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)題中信息：NaCl熔點為801℃；AlCl₃在181℃升華，在結(jié)合物質(zhì)之間的反應(yīng)來分析；
（4）依據(jù)鋁性質(zhì)活潑，容易與氧氣反應(yīng)生成氧化鋁，結(jié)合氧化鋁性質(zhì)解答；
（5）根據(jù)鋁元素守恒分析解答．

解答 解：（1）氧化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，反應(yīng)為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，氫氧化鈉與氧化鐵不反應(yīng)，所以赤泥中的主要成分是Fe₂O₃，濾液中含有偏鋁酸鈉，通入過量CO₂所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案為：Fe₂O₃；AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（2）電解氧化鋁陽極氧離子放電生成氧氣，陰極鋁離子放電生成鋁單質(zhì)，W為陰極產(chǎn)物，所以W為鋁，Al₂O₃的熔點很高，熔化需要較多能量，加入冰晶石可以降低Al₂O₃的熔化溫度，即助熔劑，工業(yè)上可以用氟化氫氣體、氫氧化鋁和純堿在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)來制取冰晶石，根據(jù)質(zhì)量守恒定律書寫該化學(xué)方程式為：2Al（OH）₃+12HF+3Na₂CO₃ =2Na₃AlF₆+3CO₂+9H₂O；
故答案為：Al；Na₃AlF₆；助熔劑（或降低熔化溫度）；2Al（OH）₃+12HF+3Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Na₃AlF₆+3CO₂+9H₂O；
（3）粗鋁含有一定量的金屬鈉和氫氣，鈉、鋁和氯氣反應(yīng)生成了氯化鈉和氯化鋁，氫氣和氯氣發(fā)生反應(yīng)生成氯化氫，其中氯化鈉熔點為801℃，較高，是固態(tài)雜質(zhì)隨氣泡上浮，氣泡的主要成分除Cl₂外還含有H₂、HCl、AlCl₃；
故答案為：H₂、HCl和AlCl₃；NaCl；
（4）鋁金屬表面形成的致密氧化鋁膜具有保護作用，致密的氧化膜能隔絕鋼材與空氣中的O₂、CO₂和H₂O等接觸，使電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕不能發(fā)生，
故答案為：表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕；
（5）含Al₂O₃68%的鋁土礦100噸，含有鋁的物質(zhì)的量為$\frac{100×1{0}^{6}g×68%}{102g/mol}×2$，浸取率為90%，損失了5.00%的鋁，可制得含鋁99.0%的高純鋁的物質(zhì)的量為[$\frac{100×1{0}^{6}g×68%}{102g/mol}×2$×90%×（1-5%）]÷99%，質(zhì)量為：$\frac{100×1{0}^{6}×68%×2×0.9×0.95}{102×0.99}×27$≈31.1噸，
故答案為：31.1噸．

點評 本題工藝流程，設(shè)計鋁制備，工業(yè)電鍍鋁，明確鋁及其化合物性質(zhì)是解題關(guān)鍵，注意電解池工作原理，題目難度中等．