Question

【題目】(12分)鋁是應用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質)為原料制備鋁的一種工藝流程如下:

注:SiO2在“堿溶”時轉化為鋁硅酸鈉沉淀。

（1）“堿溶”時生成偏鋁酸鈉的離子方程式為_____________________。

（2）向“過濾Ⅰ”所得濾液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH_________ (填“增大”、“不變”或“減小”)。

（3）“電解Ⅰ”是電解熔融 Al2O3，電解過程中作陽極的石墨易消耗，原因是___________。

（4）“電解Ⅱ”是電解Na2CO3溶液，原理如圖所示。

陽極的電極反應式為_____________________，陰極產(chǎn)生的物質A的化學式為____________。

（5）鋁粉在1000℃時可與N2反應制備AlN。在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合，有利于AlN的制備，其主要原因是_____________________。

Answer 1

【答案】

(1)Al2O3+ 2OH-2 + H2O

(2)減小

(3)石墨電極被陽極上產(chǎn)生的O2氧化

(4)4+ 2H2O－4e-4+O2↑ H2

(5)NH4Cl分解產(chǎn)生的HCl能夠破壞Al表面的Al2O3薄膜

【解析】

結合流程及題中信息可知，鋁土礦在堿溶時，其中的氧化鋁和二氧化硅可溶于強堿溶液，過濾后，濾液中偏鋁酸鈉與碳酸氫鈉反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸鈉，氫氧化鋁經(jīng)灼燒后分解為氧化鋁，最后電解熔融的氧化鋁得到鋁。碳酸鈉溶液經(jīng)電解后可以再生成碳酸氫鈉和氫氧化鈉進行循環(huán)利用。

（1）氧化鋁為兩性氧化物，可溶于強堿溶液生成偏鋁酸鈉和水，離子方程式為Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O 。

(2為了提高鋁土礦的浸取率，氫氧化鈉溶液必須過量，所以過濾I所得濾液中含有氫氧化鈉，加入碳酸氫鈉溶液后，氫氧化鈉與碳酸氫鈉發(fā)生反應生成碳酸鈉和水，所以溶液的pH減小。

（3）電解I過程中，石墨陽極上氧離子被氧化為氧氣，在高溫下，氧氣與石墨發(fā)生反應生成氣體，所以，石墨電極易消耗的原因是被陽極上產(chǎn)生的氧氣氧化。

（4）由圖中信息可知，生成氧氣的為陽極室，溶液中水電離的OH-放電生成氧氣，破壞了水的電離平衡，碳酸根結合H+轉化為HCO3-，所以電極反應式為4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑，陰極室氫氧化鈉溶液濃度變大，說明水電離的H+放電生成氫氣而破壞水的電離平衡生成大，所以陰極產(chǎn)生的物質A為H2 。

(5)氯化銨分解產(chǎn)生的氯化氫能夠破壞鋁表面的氧化鋁薄膜