Question

3．工業(yè)中以鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，另含有Fe₂O₃和SiO₂）為原料冶煉鋁過程如圖1所示：

（1）實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過濾用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗．
（2）操作 II中生成不溶物C的離子方程式是OH^-+CO₂=HCO₃^-；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）氧化鋁的熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，工業(yè)上為降低能耗，在鋁的電解冶煉時，采取的措施是加入冰晶石降低氧化鋁熔點(diǎn)．
（4）電解冶煉鋁時，陽極和陰極以碳素材料制成，電解過程中，陽極材料需定期進(jìn)行更換，原因是陽極上生成的氧氣和C反應(yīng)生成二氧化碳．
（5）為了提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中常將上述反應(yīng)中的相關(guān)物質(zhì)循環(huán)利用．其部分轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖2所示：

①上述轉(zhuǎn)化中未涉及四種基本反應(yīng)類型中的置換反應(yīng)；
②寫出過程③的化學(xué)方程式：不用鋁制品炊具或不用鋁箔包裝食品．
（6）研究表明，人體過量吸入鋁元素會嚴(yán)重危害身體健康．請你結(jié)合實(shí)際提出兩條杜絕鋁元素過量吸入的措施：不用鋁制品炊具或不用鋁箔包裝食品．

Answer 1

分析 鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，另含有Fe₂O₃和SiO₂）中加入足量稀鹽酸，發(fā)生的反應(yīng)為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，SiO₂和稀鹽酸不反應(yīng)，然后過濾，所以濾液A中溶質(zhì)為FeCl₃、AlCl₃、HCl，不溶物A為SiO₂；向A溶液中加入過量NaOH溶液，發(fā)生的離子反應(yīng)為Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，然后過濾，濾液B中含有NaAlO₂和NaOH，不溶物B為Fe（OH）₃，向?yàn)V液B中通過過量二氧化碳，發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為OH^-+CO₂=HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；然后過濾，得到的溶液C中溶質(zhì)為NaHCO3，不溶物C是Al（OH）₃，加熱Al（OH）₃，發(fā)生的反應(yīng)為
2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，電解熔融氧化鋁得到Al；
（5）碳酸鈣高溫下分解生成CaO和CO₂，CaO和H₂O反應(yīng)生成Ca（OH）₂，Ca（OH）₂和NaHCO₃反應(yīng)生成CaCO₃和NaOH，所以X是CaCO₃、Y是CaO、Z是Ca（OH）₂；
（6）在涉及到食物包裝及其含有鋁元素的藥品時要注意盡可能的避免，據(jù)此分析解答．

解答 解：鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，另含有Fe₂O₃和SiO₂）中加入足量稀鹽酸，發(fā)生的反應(yīng)為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，SiO₂和稀鹽酸不反應(yīng)，然后過濾，所以濾液A中溶質(zhì)為FeCl₃、AlCl₃、HCl，不溶物A為SiO₂； 向A溶液中加入過量NaOH溶液，發(fā)生的離子反應(yīng)為Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，然后過濾，濾液B中含有NaAlO₂和NaOH，不溶物B為Fe（OH）₃，向?yàn)V液B中通過過量二氧化碳，發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為OH^-+CO₂=HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；然后過濾，得到的溶液C中溶質(zhì)為NaHCO3，不溶物C是Al（OH）₃，加熱Al（OH）₃，發(fā)生的反應(yīng)為
2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，電解熔融氧化鋁得到Al，
（1）實(shí)驗(yàn)室里過濾用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和漏斗，故答案為：玻璃棒、漏斗；
（2）操作Ⅱ中生成不溶物C的離子方程式是OH^-+CO₂=HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，故答案為：OH^-+CO₂=HCO₃^-；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
3）氧化鋁的熔點(diǎn)高達(dá)205℃，工業(yè)上為降低能耗，在鋁的電解冶煉時，采取的措施是加入冰晶石降低氧化鋁熔點(diǎn)，
故答案為：加入冰晶石降低氧化鋁熔點(diǎn)；
（4）電解冶煉鋁時，陽極和陰極以碳素材料制成，電解過程中，陽極材料需定期進(jìn)行更換，原因是
陽極上生成的氧氣和C反應(yīng)生成二氧化碳，導(dǎo)致陽極材料減少，所以需要定期進(jìn)行更換，
故答案為：陽極上生成的氧氣和C反應(yīng)生成二氧化碳；
（5）碳酸鈣高溫下分解生成CaO和CO₂，CaO和H₂O反應(yīng)生成Ca（OH）₂，Ca（OH）₂和NaHCO₃反應(yīng)生成CaCO₃和NaOH，所以X是CaCO₃、Y是CaO、Z是Ca（OH）₂，
①上述轉(zhuǎn)化中，①②③分別是分解反應(yīng)、化合反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)，所以沒有涉及四個基本反應(yīng)類型中的置換反應(yīng)，
故答案為：置換；
②過程③的化學(xué)方程式：Ca（OH）₂+NaHCO₃=CaCO₃↓+NaOH+H₂O，
故答案為：Ca（OH）₂+NaHCO₃=CaCO₃↓+NaOH+H₂O；
（6）科學(xué)研究表明，人體過量吸入鋁元素會嚴(yán)重危害身體健康，杜絕鋁元素過量吸入的措施：不用鋁制品炊具或不用鋁箔包裝食品，
故答案為：不用鋁制品炊具或不用鋁箔包裝食品．

點(diǎn)評 本題以鋁及其化合物為載體考查物質(zhì)分離和提純，綜合性較強(qiáng)，涉及離子方程式的書寫、物質(zhì)推斷、金屬冶煉、基本操作等知識點(diǎn)，明確基本操作規(guī)則及儀器用途、離子方程式書寫規(guī)則、電解原理等知識點(diǎn)即可解答，注意：鋁應(yīng)該采用電解熔融氧化鋁方法冶煉，不能采用電解熔融氯化鋁冶煉，為易錯點(diǎn)．