Question

鋁是人類生活中繼銅、鐵之后又一個(gè)重要的金屬．工業(yè)上冶煉金屬鋁的原料來(lái)源于自然界中重要的礦物質(zhì)釩土（主要成分：Al₂O₃；還有SiO₂、Fe₂O₃、FeCO₃、MgCO₃等雜質(zhì)）．從釩土中提取得到Al₂O₃的工藝流程如圖所示：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）固體A所含物質(zhì)的化學(xué)式（或分子式）是

 

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（2）寫出溶液A與氣體B反應(yīng)的離子方程式

 

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（3）工業(yè)冶煉金屬鋁通常用石墨碳?jí)K作電解槽的陽(yáng)極，請(qǐng)你根據(jù)電解原理解釋電解冶煉鋁的過(guò)程中，需要定期補(bǔ)充陽(yáng)極碳?jí)K的原因

 

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（4）Al₂O₃的熔點(diǎn)很高，因而在工業(yè)冶煉時(shí)，需將Al₂O₃的熔于熔化的冰晶石（Na₃AlF₆）中進(jìn)行電解．有一位同學(xué)查閱資料發(fā)現(xiàn)，AlCl₃的熔點(diǎn)很低．他提出：可通過(guò)電解熔融狀態(tài)的AlCl₃制取金屬鋁．你認(rèn)為他提出的方案是否可行？為什么？

 

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（5）某企業(yè)用上述工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)，每10.0t釩土可得到金屬鋁1.35t．如果不考慮生產(chǎn)過(guò)程的損耗，請(qǐng)你計(jì)算每生產(chǎn)釩土中Al₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

 

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Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）礬土與稀鹽酸反應(yīng)生成金屬陽(yáng)離子后再和氫氧化鈉反應(yīng)生成的沉淀就是固體A；
（2）溶液A的溶質(zhì)就是礬土與稀鹽酸反應(yīng)生成金屬陽(yáng)離子后再和氫氧化鈉反應(yīng)生成的可溶性物質(zhì)含有AlO₂^-；
（3）電解時(shí)陽(yáng)極失電子生成氧氣，氧氣在高溫時(shí)會(huì)氧化碳?jí)K，使碳?jí)K消耗；
（4）AlCl₃是共價(jià)化合物，在熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電，不能用來(lái)電解；
（5）根據(jù)Al元素質(zhì)量守恒，1molAl生成0.5molAl₂O₃計(jì)算．

解答： 解：（1）釩土主要成分是Al₂O₃，還有SiO₂、Fe₂O₃、FeCO₃、MgCO₃等雜質(zhì)，除SiO₂不反應(yīng)外，與鹽酸反應(yīng)生成的金屬陽(yáng)離子有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺等，這些金屬陽(yáng)離子再與氫氧化鈉反應(yīng)后生成的可溶物為NaAlO₂，不溶物為Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；
故答案為：Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；
（2）由（1）知溶液A主要為NaAlO₂溶液和剩余的氫氧化鈉溶液，通入二氧化碳?xì)怏w首先和氫氧化鈉反應(yīng)CO₂+OH^-═HCO₃^-，還有和NaAlO₂的反應(yīng)AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案為：CO₂+OH^-═HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）電解時(shí)陽(yáng)極失電子生成氧氣，氧氣在高溫條件下會(huì)氧化碳?jí)K，使碳?jí)K消耗，所以需要定期補(bǔ)充陽(yáng)極碳?jí)K；
故答案為：電解冶煉鋁的陽(yáng)極產(chǎn)物為O₂，在高溫條件下，O₂與陽(yáng)極碳發(fā)生反應(yīng)消耗陽(yáng)極碳?jí)K；
（4）AlCl₃是共價(jià)化合物，在熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電，不能用來(lái)電解，而氧化鋁為離子化合物，在熔融狀態(tài)下可導(dǎo)電，可以用來(lái)電解；
故答案為：不可行；AlCl₃是共價(jià)化合物，熔融狀態(tài)的AlCl₃不導(dǎo)電；
（5）根據(jù)元素守恒，礬土中每1molAl會(huì)生成0.5molAl₂O₃，則以Al₂O₃表示的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

1.35t×106g/t 27g/mol ×102g/mol

10t×106g/t

×100%=25.5%，故答案為：25.5%．

點(diǎn)評(píng)：本題為生產(chǎn)工藝流程題，涉及電解、計(jì)算等問(wèn)題，題目較為綜合，做題時(shí)注意仔細(xì)審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息．本題難大．