20.工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3含有Fe2O3、SiO2等雜質(zhì) )制取無(wú)水氯化鋁的一種工藝流程示意如下:

已知:
物質(zhì)SiCl4AlCl3  FeCl3FeCl2 NaCl 
沸點(diǎn)/℃57.6180(升華)300(升華) 1023801 
回答下列問(wèn)題:
(1)高溫反應(yīng)前,常在800℃焙燒鋁土礦,使固體中水分揮發(fā)、氣孔數(shù)目增多,其作用是防止后續(xù)步驟生成的AlCl3水解或增大反應(yīng)物的接觸面積,加快反應(yīng)速率(只要求寫(xiě)出一種)
(2)高溫反應(yīng)后,鋁土礦中的氧化物均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氯化物,由Al2O3、C和Cl2反應(yīng)生成AlCl3的化學(xué)方程式為Al2O3+3C+3Cl2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlCl3+3CO.
(3)氣體Ⅱ的主要成分除了Cl2外,還含有CO2、O2、SiCl4.氣體Ⅱ常用過(guò)量冷的NaOH溶液吸收,吸收液中含有的陰離子主要有CO32-、HCO3-、Cl-、ClO-、SiO32-、OH-
(4)工業(yè)上為了降低生產(chǎn)成本,生產(chǎn)過(guò)程中需要控制加入鋁粉的量,“廢渣”的主要成分是NaCl、FeCl2
(5)AlCl3和NaCl的熔融鹽常用于鍍鋁電解池,電鍍時(shí)AlCl4-和Al2Cl7-兩種離子在電極上相互轉(zhuǎn)化,其它離子不參與電極反應(yīng),電鍍時(shí)陰極的電極反應(yīng)式為4Al2Cl7-+3e-=7AlCl4-+Al.

分析 用鋁土礦制取無(wú)水氯化鋁工藝流程:鋁土礦粉和焦炭在300℃焙燒,固體水分揮發(fā)、氣孔數(shù)目增多,固體混合物和氯氣、氧氣在950℃加熱,Al2O3、Fe2O3和SiO2先被焦炭還原為Al、Fe、Si,該過(guò)程生成CO,后Al、Fe、Si分別和Cl2反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的氯化物,即SiCl4、AlCl3、FeCl3,CO和O2反應(yīng)生成CO2,后冷卻到100℃,尾氣為CO2、多余的Cl2,O2,SiCl4,以及AlCl3和FeCl3變成固體,得到氯化鋁的粗品,加入氯化鈉熔融,鋁的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于鐵,加鋁粉,可以將氯化鋁的粗品中的氯化鐵中的鐵置換出來(lái),生成鐵和氯化鋁,在300℃,廢渣為Fe,得到成品氯化鋁,據(jù)此答題.

解答 解:(1)步驟1中鋁土礦粉和焦炭在300℃焙燒,因后續(xù)步驟反應(yīng)生成氯化鋁等強(qiáng)酸弱堿鹽易水解,固體水分在焙燒的過(guò)程中揮發(fā),防止后續(xù)步驟生成的鹽水解、氣孔數(shù)目增多增大反應(yīng)物的接觸面積,加快反應(yīng)速率,
故答案為:防止后續(xù)步驟生成的AlCl3水解或增大反應(yīng)物的接觸面積,加快反應(yīng)速率;
(2)高溫反應(yīng)后,由Al2O3、C和Cl2反應(yīng)生成AlCl3和CO的化學(xué)方程式為Al2O3+3C+3Cl2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlCl3+3CO,
故答案為:Al2O3+3C+3Cl2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlCl3+3CO;
(3)根據(jù)上面的分析可知,氣體Ⅱ的主要成分除了Cl2外,還含有CO2、O2、SiCl4,氣體Ⅱ常用過(guò)量冷的NaOH溶液吸收,二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸根離子或碳酸氫根離子,氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成氯離子和次氯酸根離子,四氯化硅水解生成硅酸根離子,所以吸收液中含有的陰離子主要有CO32-、HCO3-、Cl-、ClO-、SiO32-、OH-,
故答案為:CO2、O2、SiCl4;CO32-、HCO3-、Cl-、ClO-、SiO32-、OH-
(4)工業(yè)上為了降低生產(chǎn)成本,生產(chǎn)過(guò)程中需要控制加入鋁粉的量,可以將氯化鋁的粗品中的氯化鐵還原成氯化亞鐵,這樣可以通過(guò)升華分離出AlCl3,所以廢渣為NaCl、FeCl2,
故答案為:NaCl、FeCl2
(5)AlCl3和NaCl的熔融鹽常用于鍍鋁電解池,電鍍時(shí)AlCl4-和Al2Cl7-兩種離子在電極上相互轉(zhuǎn)化,其它離子不參與電極反應(yīng),則電鍍時(shí)陰極上發(fā)生還原反應(yīng),反應(yīng)的電極反應(yīng)式為4Al2Cl7-+3e-=7AlCl4-+Al,
故答案為:4Al2Cl7-+3e-=7AlCl4-+Al.

點(diǎn)評(píng) 本題考查工業(yè)上用鋁土礦鹽制取無(wú)水氯化鋁工藝,涉及硅、鐵、鋁及其化合物的性質(zhì),注意鹽的水解、生產(chǎn)流程反應(yīng)條件的控制、電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)等,題目難度中等.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

16.下列化學(xué)用語(yǔ)表示正確的是(  )
A..甲烷的比例模型:B..氯離子的結(jié)構(gòu)示意圖:
C.CO2分子的電子式:D..中子數(shù)為18的硫原子:${\;}_{16}^{34}$S

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

11.某無(wú)色溶液中只可能溶有K+、NH4+、Al3+、Mg2+、HCO3-、Cl-、I-、MnO4-、SO42-等離子中的幾種離子.為分析其組成,現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):
①取l0mL該溶液于試管中滴加足量的Ba(N032溶液,加稀硝酸酸化后過(guò)濾得到0.03mol
白色沉淀甲.
②取上述反應(yīng)后的濾液,加人AgN03溶液未見(jiàn)沉淀產(chǎn)生.
③另取l0mL該溶液于試管中,滴加NaOH溶液產(chǎn)生白色沉淀乙,當(dāng)加人NaOH的物質(zhì)的量為0.03mol時(shí),沉淀的量達(dá)到最大;繼續(xù)滴加NaOH溶液并加熱,開(kāi)始產(chǎn)生氣體丙,收集氣體丙,體積換算成標(biāo)況下為0.224L(假設(shè)丙全部逸出),最后沉淀完全溶解.
下列推斷正確的是( 。
A.肯定有Na+、Al3+、Mg2+、SO42-B.肯定有Na+、Mg2+、Al3+、Cl-
C.肯定沒(méi)有Mg2+、HCO3-、MnO4-、Cl-D.肯定沒(méi)有K+、NH4+、Cl-

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

8.將0.4mol鐵粉逐漸加入到含硝酸0.8mol的稀硝酸中,反應(yīng)生成氣體的物質(zhì)的量N隨消耗鐵粉的物質(zhì)的量n變化關(guān)系正確的是( 。
A.B.C.D.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

15.鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3(可表示為FeO•TiO2),含有少量MgO、CaO、SiO2等雜質(zhì).利用鈦鐵礦制備鋰離子電池電極材料(鈦酸鋰Li4Ti5O12和磷酸亞鐵鋰LiFePO4)的工藝流程如圖1所示:

已知:FeTiO3與鹽酸反應(yīng)的離子方程式為:FeTiO3+4H++4Cl-═Fe2++TiOCl42-+2H2O.1
(1)化合物FeTiO3中鐵元素的化合價(jià)是+2.
(2)濾渣A的成分是SiO2
(3)濾液B中TiOCl42-轉(zhuǎn)化生成TiO2的離子方程式為T(mén)iOCl42-+H2O=TiO2↓+2H++4Cl-
(4)反應(yīng)②中固體TiO2轉(zhuǎn)化成(NH42Ti5O15溶液時(shí),Ti元素的浸出率與反應(yīng)溫度的關(guān)系如圖2所示.反應(yīng)溫度過(guò)高時(shí),Ti元素浸出率下降的原因是溫度過(guò)高時(shí),反應(yīng)物氨水(或雙氧水)受熱易分解.
(5)寫(xiě)出由濾液D生成FePO4的離子方程式2Fe2++2H3PO4+H2O2=2FePO4↓+2H2O+4H+
(6)由濾液D制備LiFePO4的過(guò)程中,所需17%雙氧水與H2C2O4的質(zhì)量比是20:9.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

5.鋰元素被譽(yù)為“能源元素”.鋰及鋰鹽具有的優(yōu)異性能和特殊功能,在化工、電子、宇航、核能、能源等領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用.
Ⅰ鋰的原子結(jié)構(gòu)示意圖為;鋰暴露在濕空氣中時(shí),會(huì)迅速地失去金屬光澤、表面開(kāi)始變黑,更長(zhǎng)時(shí)間則變成白色.生成的化合物是氮化鋰、氫氧化鋰,最終生成碳酸鋰.寫(xiě)出生成氮化鋰的化學(xué)方程式6Li+N2=2Li3N.
Ⅱ下面是從鋰輝石(Li2O•Al2O3•SiO2)中提出鋰的工業(yè)流程示意圖.

①高溫煅燒時(shí)的反應(yīng)原理為:
Li2O•Al2O3•SiO2+K2SO4=K2O•Al2O3•SiO2+Li2SO4
Li2O•Al2O3•SiO2+Na2SO4=Na2O•Al2O3•SiO2+Li2SO4
②鋰離子浸取液中含有的金屬離子為:K+、Na+、Li+、Fe3+、Fe2+、Al3+、Mn2+
③幾種金屬離子沉淀完全的pH
金屬離子Al(OH)3Fe(OH)2Fe(OH)3Mn(OH)2
沉淀完全的pH4.79.03.210.1
④Li2SO4、Li2CO3在不同溫度下的溶解度(g/100g水)
溫度
溶解度
10℃20℃50℃80℃
Li2SO435.434.733.131.7
Li2CO31.431.331.080.85
(1)浸取時(shí)使用冷水的原因是Li2SO4的溶解度隨溫度升高而減少,用冷水浸取可以提高浸取率.
(2)濾渣2的主要成分為Al(OH)3、Fe(OH)3
(3)流程中分2次調(diào)節(jié)pH(pH7~8和pH>13),有研究者嘗試只加一次濃NaOH溶液使pH>13,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在加飽和碳酸鈉溶液沉鋰后,隨著放置時(shí)間延長(zhǎng),白色沉淀增加,最后得到的Li2CO3產(chǎn)品中雜質(zhì)增多.Li2CO3產(chǎn)品中的雜質(zhì)可能是Al(OH)3,用離子方程式表示其產(chǎn)生的原因Al3++4OH-=AlO2-+2H2O;2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-
(4)加熱濃縮的作用是提高Li+ 濃度和溶液溫度,使得Li2CO3容易析出.
(5)洗滌Li2CO3晶體使用熱水.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

12.氨氣及其相關(guān)產(chǎn)品是基本化工原料,在化工領(lǐng)域中具有重要的作用.
(1)以鐵為催化劑,0.6mo1氮?dú)夂?.8mo1氫氣在恒溫、容積恒定為1L的密閉容器中反應(yīng)生成氨氣,2min后達(dá)到平衡,氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為0.3mo1.
①在第25min時(shí),保持溫度不變,將容器體積迅速增大至2L并保持恒容,體系達(dá)到平衡時(shí)N2的總轉(zhuǎn)化率為38.2%,請(qǐng)畫(huà)出從第25min起H2的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化的曲線.
②該反應(yīng)體系未達(dá)到平衡時(shí),催化劑對(duì)逆反應(yīng)速率的影響是增大(填增大、減少或不變).
(2)①N2H4是一種2高能燃料,有強(qiáng)還原性,可通過(guò)NH3和NaClO反應(yīng)制得,寫(xiě)出該制備反應(yīng)的化學(xué)方程式NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O.
②N2H4的水溶液呈弱堿性,室溫下其電離常數(shù)K1≈1.0×10-6,則0.01mol•L-1N2H4水溶液的pH等于10(忽略N2H4的二級(jí)電離和H2O的電離).
③已知298K和101KPa條件下:
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H2
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H3
4NH3(g)+O2(g)=2N2H4(l)+2H2O(l)△H4,則N2H4(l)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱△H=$\frac{3}{2}$△H2-△H1-$\frac{1}{2}$△H4
(3)科學(xué)家改進(jìn)了NO2轉(zhuǎn)化為HNO3的工藝(如虛框所示),在較高的操作壓力下,提高N2O4/H2O的質(zhì)量比和O2的用量,能制備出高濃度的硝酸. 實(shí)際操作中,應(yīng)控制N2O4/H2O質(zhì)量比高于5.11,對(duì)此請(qǐng)給出合理解釋.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

9.幾種單核微粒具有相同的核電荷數(shù),則這幾種微粒( 。
A.一定互為同位素B.一定是同種原子
C.一定屬于同種元素D.質(zhì)量數(shù)一定相等

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

10.下列有關(guān)化學(xué)用語(yǔ)表示正確的是(  )
A.丁烷的球棍模型 B.乙烯的比例模型
C.乙醛的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式CH3COHD.鍵線式表示的有機(jī)物名稱為1-戊醇

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同步練習(xí)冊(cè)答案