Question

某科研小組以難溶性鉀長石（K₂O?Al₂O₃?6SiO₂）為原料，提取Al₂O₃、K₂CO₃等物質，工藝流程如下：
 
（1）煅燒過程中鉀長石中的鉀元素和鋁元素在Na₂CO₃作用下轉化為可溶性的NaAlO₂和KAlO₂，寫出Al₂O₃轉化為NaAlO₂的化學方程式是：                              。
（2）已知NaAlO₂和KAlO₂易發生如下水解反應：AlO₂^—+ 2H₂O  Al(OH)₃ + OH^— ，“浸取”時應保持溶液呈           性（填“酸”或“堿”）。
（3）“轉化”時加入NaOH的主要作用是                              （用離子方程式表示）。
（4）上述工藝中可以循環利用的主要物質是               、               和水。
（5）以Al₂O₃為原料，以石墨為電極，通過電解法可制得金屬鋁。電解池中接電源負極的一極的電極反應式是                   。長時間電解后，需要更換新的石墨電極的是        極（填“陰”或“陽”）。

Answer 1

（14分）（1）Na₂CO₃+Al₂O₃2NaAlO₂+CO₂↑  （2分） （2）堿 （2分）；  
（3）HCO₃^－ + OH^－＝H₂O + CO₃^2－  (2分)
（4）Na₂CO₃、CO₂(不分先后，每個2分) （5）Al³⁺+ 3e^－＝Al   (2分)   陽  (2分)

試題分析：（1）根據原子守恒可知，氧化鋁和碳酸鈉在高溫下反應生成偏鋁酸鈉的同時，一定還有二氧化碳產生，所以反應化學方程式為Na₂CO₃+Al₂O₃2NaAlO₂+CO₂↑。
（2）偏鋁酸根離子水解呈堿性，所以要抑制其水解，“浸取”時應在堿性條件下進行。
（3）由工藝流程可知，濾液中主要含有碳酸氫鉀、碳酸氫鈉，“轉化”時加入NaOH，將碳酸氫鉀、碳酸氫鈉轉化為碳酸鉀、碳酸鈉，反應離子反應方程式為HCO₃^－ + OH^－＝H₂O + CO₃^2－。
（4）煅燒時需要碳酸鈉，在流程圖提取碳酸鉀之前可得到碳酸鈉，所以碳酸鈉是可以參與可循環利用的物質。在浸出液中需通二氧化碳，而碳酸鈣與二氧化硅、氧化鋁和碳酸鈉在高溫下反應都有二氧化碳生成，所以二氧化碳也是可以參與循環使用的物質。
（5）電解池中連接電源負極的電極為陰極，陰極得到電子，發生還原反應。所以鋁離子在陰極放電生成Al，電極反應式為Al³⁺+ 3e^－＝Al。電極過程中陽極生成氧氣，生成的氧氣會和碳反應生成二氧化碳，陽極石墨被消耗，因此需要更換新的石墨電極的是陽極。