Question

11．如圖是傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁的基本流程圖．結(jié)合鋁生產(chǎn)的流程圖回答下列問題：

（1）工業(yè)冶煉金屬鋁用的是鋁土礦，鋁土礦的主要成分是Al₂O₃（填化學(xué)式）．石油煉制和煤的干餾產(chǎn)品石墨（或碳）（填物質(zhì)名稱）作電解鋁的陰極和陽極材料．
（2）在金屬鋁的冶煉中加入冰晶石和氟化鈣的目的是降低Al₂O₃的熔點(diǎn)，減少熔融電解質(zhì)的能耗．
（3）在冶煉過程中，陽極材料需要定期進(jìn)行更換，原因是氧化鋁溶解并和部分冰晶石發(fā)生反應(yīng)生成Al₂OF₆^2-，寫出該反應(yīng)的離子方程式Al₂O₃+4AlF₆^3-═3Al₂OF₆^2-+6F^-．若電解的總反應(yīng)為2Al₂O₃+3C$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3CO₂+4Al，則陽極的電極反應(yīng)式為C+2Al₂OF₆^2-+12F^--4e^-═CO₂+4AlF₆^3-．
（4）冰晶石能在堿性溶液中分解，寫出冰晶石與足量NaOH溶液反應(yīng)生成兩種鈉鹽的化學(xué)方程式Na₃AlF₆+4NaOH═6NaF+NaAlO₂+2H₂O．
（5）已知生產(chǎn)1mol鋁消耗的電能為1.8×10⁶J，9g鋁制飲料罐可回收能量為0.2kJ，則鋁制飲料罐的熱回收效率η=0.033%．（熱回收效率=回收能量/生產(chǎn)耗能×100%）

Answer 1

分析 傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁的基本流程為：螢石主要成分為氟化鈣，螢石中加入冰晶石和氟化鈣，降低三氧二化鋁熔化時(shí)所需的溫度，電解氧化鋁得到鋁和氧氣，石油煉制和煤的干餾產(chǎn)品中石墨（或碳）可以作為惰性電極電解冶煉鋁，電解得到的鋁凈化、澄清鑄錠．
（1）工業(yè)上用氧化鋁冶煉金屬鋁，據(jù)此確定鋁土礦的成分；冶煉鋁的電解槽中的陰極和陽極材料均為惰性電極；
（2）冰晶石能溶解Al₂O₃晶體，被用作助熔劑降低Al₂O₃的熔點(diǎn)；
（3）氧化鋁溶解并和部分冰晶石發(fā)生反應(yīng)生成Al₂OF₆^2-，依據(jù)電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式；
（4）冰晶石能在堿性溶液中分解，冰晶石與足量NaOH溶液反應(yīng)生成兩種鈉鹽分別為偏鋁酸鈉和氟化鈉，結(jié)合原則守恒配平書寫化學(xué)方程式；
（5）生產(chǎn)9g鋁制飲料罐消耗的電能=$\frac{9g}{27g/mol}$×1.8×10³KJ，熱回收效率=$\frac{回收能量}{生產(chǎn)耗能}$×100%．

解答 解：傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁的基本流程為：螢石主要成分為氟化鈣，螢石中加入冰晶石和氟化鈣，降低三氧二化鋁熔化時(shí)所需的溫度，電解氧化鋁得到鋁和氧氣，石油煉制和煤的干餾產(chǎn)品中石墨（或碳）可以作為惰性電極電解冶煉鋁，電解得到的鋁凈化、澄清鑄錠．
（1）工業(yè)上用電解熔融氧化鋁的方法冶煉鋁，冶煉金屬鋁時(shí)用的主要冶煉是鋁土礦，說明鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，電解法冶煉金屬鋁需要使用惰性電極，石油煉制和煤的干餾產(chǎn)品中石墨（或碳）可以作為惰性電極電解冶煉鋁；
故答案為：Al₂O₃；石墨（或碳）；
（2）Al₂O₃屬于離子晶體，熔點(diǎn)較高，加入冰晶石和氟化鈣，熔融的冰晶石和氟化鈣能溶解Al₂O₃晶體，所以其在電解冶煉鋁時(shí)被用作助熔劑，降低三氧二化鋁熔化時(shí)所需的溫度，在金屬鋁的冶煉中加入冰晶石和氟化鈣的目的是降低Al₂O₃的熔點(diǎn)，減少熔融電解質(zhì)的能耗；
故答案為：降低Al₂O₃的熔點(diǎn)，減少熔融電解質(zhì)的能耗；
（3）氧化鋁溶解并和部分冰晶石發(fā)生反應(yīng)生成Al₂OF₆^2-，依據(jù)電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式為：Al₂O₃+4AlF₆^3-═3Al₂OF₆^2-+6F^-； 若電解的總反應(yīng)為2Al₂O₃+3C$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3CO₂+4Al，電解池中陽極上是元素化合價(jià)升高失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則陽極的電極反應(yīng)式：C+2 Al₂OF₆^2-+12F^--4e^-═CO₂+4 AlF₆^3-；
故答案為：Al₂O₃+4AlF₆^3-═3Al₂OF₆^2-+6F^-；C+2 Al₂OF₆^2-+12F^--4e^-═CO₂+4 AlF₆^3-；
（4）冰晶石與足量NaOH溶液反應(yīng)生成兩種鈉鹽分別為偏鋁酸鈉和氟化鈉，結(jié)合原則守恒配平書寫化學(xué)方程式為：Na₃AlF₆+4NaOH═6NaF+NaAlO₂+2H₂O；
故答案為：Na₃AlF₆+4NaOH═6NaF+NaAlO₂+2H₂O；
（5）已知生產(chǎn)1mol鋁消耗的電能為1.8×10⁶J，9g鋁制飲料罐可回收能量為0.2kJ，生產(chǎn)9g鋁制飲料罐消耗的電能=$\frac{9g}{27g/mol}$×1.8×10³KJ，則鋁制飲料罐的熱回收效率η=$\frac{回收能量}{生產(chǎn)耗能}$×100%=$\frac{0.2KJ}{\frac{9}{27}×1.8×1{0}^{6}KJ}$×100%=0.033%，故答案為：0.033%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)工藝流程、電解原理等，題目難度中等，理解工藝流程是解題的關(guān)鍵，需要學(xué)生基本扎實(shí)的據(jù)此與運(yùn)用知識(shí)分析解決問題的能力．注意復(fù)雜離子方程式和化學(xué)方程式的書寫方法應(yīng)用．