Question

某科研小組以難溶性鉀長石（K₂O?Al₂O₃?6SiO₂）為原料，提取Al₂O₃、K₂CO₃等物質，工藝流程如下：
（1）煅燒過程中鉀長石中的鉀元素和鋁元素在Na₂CO₃作用下轉化為可溶性的NaAlO₂和KAlO₂，寫出Al₂O₃轉化為NaAlO₂的化學方程式是：______．
（2）已知NaAlO₂和KAlO₂易發(fā)生如下水解反應：AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，“浸取”時應保持溶液呈______性（填“酸”或“堿”）．
（3）“轉化”時加入NaOH的主要作用是______（用離子方程式表示）．
（4）上述工藝中可以循環(huán)利用的主要物質是______、______和水．
（5）以Al₂O₃為原料，以石墨為電極，通過電解法可制得金屬鋁．電解池中接電源負極的一極的電極反應式是______．長時間電解后，需要更換新的石墨電極的是______極（填“陰”或“陽”）．

Answer 1

解：（1）氧化鋁和碳酸鈉在高溫下反應生成偏鋁酸鈉和二氧化碳，反應方程式為Al₂O₃+Na₂CO₃2NaAlO₂+CO₂↑，
故答案為：Al₂O₃+Na₂CO₃2NaAlO₂+CO₂↑；
（2）偏鋁酸根離子水解呈堿性，應在堿性條件下防止水解，故“浸取”時應保持溶液呈堿性，
故答案為：堿；
（3）由工藝流程可知，濾液中主要含有碳酸氫鉀、碳酸氫鈉，“轉化”時加入NaOH，將碳酸氫鉀、碳酸氫鈉轉化為碳酸鉀、碳酸鈉，反應離子反應方程式為：HCO₃^-+2OH^-=CO₃^2-+H₂O，
故答案為：HCO₃^-+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；
（4）煅燒時需要碳酸鈉，在流程圖提取碳酸鉀之前可得到碳酸鈉，所以碳酸鈉為可循環(huán)利用的物質，在浸出液中需通二氧化碳，而碳酸鈣與二氧化硅、氧化鋁和碳酸鈉在高溫下反應都有二氧化碳生成，所以，二氧化碳是可循環(huán)使用的物質，故答案為：Na₂CO₃；CO₂；
（5）電解池中連接電源負極的電極為陰極，陰極發(fā)生還原反應，鋁離子在陰極放電生成Al，電極反應式為Al³⁺+3e^-=Al，電極過程中陽極生成氧氣，生成的氧氣會和碳反應生成二氧化碳，陽極石墨被消耗，故需要更換新的石墨電極的是陽極，故答案為：Al³⁺+3e^-=Al；陽．
分析：（1）氧化鋁和碳酸鈉在高溫下反應生成偏鋁酸鈉和二氧化碳；
（2）偏鋁酸根離子水解呈堿性，應在堿性條件下防止水解；
（3）由工藝流程可知，濾液中主要含有碳酸氫鉀、碳酸氫鈉，“轉化”時加入NaOH，將碳酸氫鉀、碳酸氫鈉轉化為碳酸鉀、碳酸鈉；
（4）反應產物中的物質在工藝流程中又可作為反應物參加反應，該物質可以循環(huán)利用；
（5）電解池中連接電源負極的電極為陰極，陰極發(fā)生還原反應，鋁離子在陰極放電生成Al；
電極過程中陽極生成氧氣會和碳反應生成二氧化碳，陽極石墨被消耗．
點評：本題主要考查了A1₂0₃、K₂CO₃等物質的提取、電解原理、鹽類水解等，是工藝流程題目，依據相關的物質的性質，讀懂流程是解答的關鍵，難度中等．