Question

閱讀下面材料，并完成問題。

    鋁可以從鋁土礦中獲取。鋁土礦是不純凈的鋁的氧化物(雜質為Fe₂O₃和SiO₂)，它是非再生資源。假如對鋁的消費保持現有的速度，獲得生產足夠的鋁所需的鋁土礦僅能維持30年左右。由此看來，保護現有自然資源和對非再生資源的再利用，是值得考慮的。但廢物回收有相當大的難度，其關鍵因素主要涉及舊金屬的收集，與其他廢物的分離、回收和提煉金屬的費用，金屬本身的價值等。(已知1 mol電子電量約為10⁵ C)

(1)試說明回收鋁的過程中存在的困難。

(2)為什么金的回收率比鋁的回收率要大得多？

(3)常溫下，SiO₂與強堿或強酸是很難反應的。現利用鹽酸、氫氧化鈉溶液、氨氣、二氧化碳和水，從鋁土礦中提取純凈的Al₂O₃。試設計一個適用于工業Al₂O₃的實驗方案。用化學方程式表示提純的過程。

(4)制取1 mol Al需要多少庫侖的電量？

(5)假定用6 V直流電源供電進行電解，制2.7 t Al需要多少千焦的電能？(請列式并計算)

Answer 1

解析：本題綜合地考查了鋁的有關冶煉的知識。結合信息及所學知識，可解決(1)(2)問，提純Al₂O₃的途徑為：?Al₂O₃(粗)NaAlO₂Al(OH)₃Al₂O₃(純)。利用氧化還原反應及物理學知識可解決(4)(5)問。

答案：(1)①舊金屬的收集；②與其他廢物的分離；③回收和提煉金屬的費用；④金屬本身的價值；⑤人們的環保意識薄弱。

(2)①金屬本身的價值；②金屬的活動性。

(3)①Al₂O₃+2NaOH2NaAlO₂+H₂O

②NaAlO₂+CO₂+2H₂OAl(OH)₃↓+NaHCO₃

③2Al(OH)₃Al₂O₃↓+3H₂O

(4)根據   可知，每生成1 mol Al需轉移3 mol e^-，故需要的電量為3×10⁵ C。

(5)2.7 t鋁的物質的量為=1×10⁵ mol，生成1×10⁵mol Al需電量為：1×10⁵×3×10⁵ C=3×10¹⁰ C，故需要電能：6 V×3×10¹⁰ C=1.8×10¹¹ J=1.8×10⁸ kJ。