Question

【題目】鋁氫化鈉（ NaAlH4）是有機合成的重要還原劑。以鋁土礦（主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質）為原料制備鋁氫化鈉的一種工藝流程如下圖所示：

注：SiO2在“堿溶”時轉化為鋁硅酸鈉（Na2Al2SixO8）沉淀。

（1）鋁硅酸鈉（Na2 Al2SixO4）可以用氧化物的形式表示其組成，形式為_______。

（2）“過濾I”中濾渣的主要成分有_______（填名稱）。向“過濾Ⅰ”所得濾液中加入NaHCO3溶液，發生反應的離子方程式為OH－＋HCO3—===CO32—＋H2O、__________________________。

（3）“電解I”的另一產物在1000℃時可與N2反應制備AIN，在這種產物中添加少量NH4Cl固體并充分混合，有利于AlN的制備，其主要原因是___________。

（4）“電解Ⅱ”是電解Na2CO3溶液，其原理如圖所示。

陽極的電極反應式為____________。已知F＝96500C／mol，當I＝0.5A時，通電80min，理論上陰極獲得H2（標準狀況下）的體積為_____L（結果保留兩位有效數字）。

（5）鋁氫化鈉遇水發生劇烈反應，且反應產生大量氣泡，其反應的化學方程式為_____________________________________。

Answer 1

【答案】Na2O·Al2O3·2SiO2 鋁硅酸鈉、氧化鐵 A1O2－＋HCO3－＋H2O=CO32－+Al(OH)3↓ 氯化銨分解產生的氯化氫能夠破壞鋁表面的氧化鋁薄膜 4CO32－＋2H2O－4e－=4HCO3－＋O2↑ 0.28 NaAlH4+2H2O NaAlO2＋4H2↑

【解析】

以鋁土礦（主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質）為原料制備鋁氫化鈉，由流程可知，加NaOH溶解時Fe2O3不反應，由信息可知SiO2在“堿溶”時轉化為鋁硅酸鈉沉淀，過濾得到的濾渣為Fe2O3、鋁硅酸鈉，碳酸氫鈉與偏鋁酸納反應生成Al(OH)3，過濾II得到Al(OH)3，灼燒生成氧化鋁，電解I為電解氧化鋁生成Al和氧氣，電解II為電解Na2CO3溶液，結合圖可知，陽極上碳酸根離子失去電子生成碳酸氫根離子和氧氣，陰極上氫離子得到電子生成氫氣。

（1）鋁硅酸鈉（Na2Al2SixO8）中Na、Al、Si、O的化合價分別為+1、+3、+4、-2，根據化合物中正負化合價代數和為0，則1×2+3×2+4x-2×8=0，解得x=2。故鋁硅酸鈉為Na2Al2Si2O8，可以用氧化物的形式表示為Na2O·Al2O3·2SiO2，故答案為：Na2O·Al2O3·2SiO2；

（2）根據上述分析，“過濾I”中濾渣主要有鋁硅酸鈉、氧化鐵。向“過濾I”所得濾液中加入NaHCO3溶液，碳酸氫鈉與偏鋁酸鈉和過量的氫氧化鈉反應，反應的離子方程式為OH－＋HCO3－=CO32－＋H2O、A1O2－＋HCO3－＋H2O=CO32－+Al(OH)3↓，故答案為：鋁硅酸鈉、氧化鐵；AlO2－＋HCO3－＋H2O=CO32－+Al(OH)3↓；

（3）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NH4Cl分解產生的HCI能夠破壞Al表面的Al2O3薄膜，使鋁更容易與氮氣反應，故答案為：NH4Cl分解產生的HC能夠破壞Al表面的Al2O3薄膜；

（4）由圖可知，陽極反應為4CO32－＋2H2O－4e－=4HCO3－＋O2↑，陰極上氫離子得到電子生成氫氣，已知F＝96500C／mol，當I＝0.5A時，通電80min，電量為0.5A×4800s=2400C，轉移電子的物質的量為：0.02487mol，理論上陰極獲得H2（標準狀況下）的體積為：0.02487mol ×0.5×22.4L/mol，故答案為：4CO32－＋2H2O－4e－=4HCO3－＋O2↑；0.28；

（5）鋁氫化鈉（NaAlH4）遇水發生劇烈反應產生大量氣泡，反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應的化學方程式為：NaAlH4+2H2O=NaAlO2＋4H2↑，故答案為：NaAlH4+2H2O NaAlO2＋4H2↑