Question

某地有豐富的鋁土礦和石灰石資源，擬用鋁土礦（主要成分是Al2O3,還有少量的Fe2O3、SiO2）為原料冶煉鋁，工藝流程如下圖所示：

（1）原料A的名稱是????????????? ，可循環使用的物質的化學式式為????????????? 。

（2）如果省去步驟①，即溶解鋁土礦從直接加入B溶液開始，則最終會對氧化鋁的生產產生的影響是??????? 。

（3）寫步驟③的離子方程式????????????? 。

（4）步驟⑤是在鋁電解槽中進行，電解槽的兩極材料均用石墨，寫出陰極的電極反應方程式????????????? 。

（5）工業常用陽極氧化法使鋁的表面生成致密的氧化膜。如右圖是鋁陽極氧化實驗裝置圖：a端是電源的???????? 極。鋁片表面形成氧化鋁的原理是（用電極方程式表示）???????? ，???????? （填“能”或“不能”）用較濃NaCl溶液代替20%H2SO4作電解液進行鋁的陽極氧化，若不能，請說明理由???????? 。

 

Answer 1

【答案】

（1）鹽酸（或硫酸）（1分）? CaCO3和NaOH（2分）

（2）生成的氧化鋁中含有二氧化硅雜質（2分）

（3）2AlO2－＋CO2＋3H2O2Al(OH)3↓＋CO32－（2分）（或AlO2－＋CO2＋2H2OAl(OH)3↓＋HCO3－）

（4）Al3＋＋3e－Al（2分）

（5）正（1分）?? 2Al－6e－＋3H2OAl2O3＋6H＋ （2分）? 不能（1分）?? 若用NaCl溶液代替硫酸，陽極會有Cl－放電產生Cl2，無法使其表面生成致密的氧化膜(其他合理答案均給分，2分)?

【解析】

試題分析：（1）SiO2和鹽酸不反應，Fe2O3和氫氧化鈉不反應而氧化鋁能反應，向偏鋁酸鈉中通入過量的二氧化碳可以生成氫氧化鋁沉淀。由工藝流程可知步驟③通入的為二氧化碳，生成的沉淀為氫氧化鋁，所以濾液②含有AlO2－．步驟②應加入氫氧化鈉除去鐵離子，將鋁離子轉化為AlO2－，所以濾液①中含有Al3＋，步驟①應為加入鹽酸，除去SiO2。

濾液①中含有Al3＋、Fe3＋、Cl－、H＋等，加入氫氧化鈉，除去鐵離子、氫離子，將鋁離子轉化為AlO2－，濾液2含有AlO2－，Cl－、Na＋、，通入二氧化碳將偏鋁酸根離子轉化為氫氧化鋁，所以濾液3中的離子主要有Na＋、OH－、Cl－、HCO3－，步驟③通入二氧化碳與AlO2－反應生成的沉淀為氫氧化鋁，反應化學方程式為NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3，CaCO3CaO+CO2↑，氧化鈣和水反應生成氫氧化鈣，氫氧化鈣和碳酸氫鈉反應，NaHCO3+Ca(OH)2═CaCO3↓+NaOH+H2O，所以NaOH、CaCO3可再次被利用，即可循環使用。

（2）如果省去步驟①，即溶解鋁土礦是從加入原料B開始，用NaOH溶液溶解鋁土礦，則有部分SiO2溶解在NaOH溶液中生成硅酸鈉，通入二氧化碳會生成硅酸沉淀，最后使加熱制得的Al2O3混有SiO2雜質。

（3）步驟③通入二氧化碳與AlO2－反應生成的沉淀為氫氧化鋁，二氧化碳少量時離子方程式為2AlO2－＋CO2＋3H2O2Al(OH)3↓＋CO32－，二氧化碳過量時離子方程式為AlO2－＋CO2＋2H2OAl(OH)3↓＋HCO3－

（4）三氧化鋁熔融時電離出O2－和Al3＋，陽離子在陰極放電，所以陰極的電極反應方程式Al3＋＋3e－Al。

（5） 電解池的陽極材料是鋁時，則該電極反應是鋁本身失電子的過程，即2Al－6e－＋3H2OAl2O3＋6H＋，所以a端是電源的正極，陰極發生陽離子的得電子過程，在酸溶液中，為6H＋+6e－3H2。? 不能用較濃溶液代替20%H2SO4作電解液進行鋁的陽極氧化，若用NaCl溶液代替硫酸，陽極會有Cl－放電產生Cl2，無法使其表面生成致密的氧化膜(其他合理答案均給分，2分)?

考點：以框圖題形式考查鋁的化合物的性質。