Question

18．國家發(fā)展改革委員會于數(shù)年前就發(fā)出“遏制鋁冶煉投資反彈”的緊急通知．原因是鋁冶煉屬高耗能產(chǎn)業(yè)，而且某些鋁冶煉企業(yè)以污染環(huán)境為代價，得不償失．下面是鋁和氧化鋁生產(chǎn)的流程圖：

已知：①鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)；
②溶液中的硅酸鈉與四羥基合鋁酸鈉（偏鋁酸鈉在水溶液中以Na[Al（OH）₄]的形式存在）反應(yīng)，能生成硅鋁酸鹽沉淀，化學(xué)方程式為：2Na₂SiO₃+2Na[Al（OH）₄]=Na₂Al₂Si₂O₃↓+4NaOH+2H₂O
請回答下列問題：
（1）在工業(yè)電解鋁的過程中，用石油煉制和煤的干餾產(chǎn)品中的石墨（填物質(zhì)名稱）作電解鋁的陰極和陽極材料．
（2）氧化鋁的熔點高達(dá)2050℃，工業(yè)上為了降低能量消耗，在金屬鋁的冶煉中采取的措施是加入冰晶石（物質(zhì)名稱）．
（3）在冶煉過程中，陽極材料需要定期進(jìn)行更換，原因是在電解過程中該電極材料不斷被消耗，當(dāng)生成2.16t鋁時，最多消耗陽極1.44t．
（4）圖中濾液A的主要成分為Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；濾渣A的用途有作為煉鐵的原料或生產(chǎn)硅酸鹽產(chǎn)品（寫一種）．
（5）在生產(chǎn)氧化鋁流程第三步“酸化”中，加入的最佳物質(zhì)A是CO₂．理由是二氧化碳過量時氫氧化鋁不會溶解，反應(yīng)易控制且廉價．
（6）鎂和鋁都是活潑金屬，在電解冶煉鎂、鋁原料的選取中，鎂用氯化物、鋁用氧化物的原因是因為氧化鎂熔點太高，氯化鎂熔點低，熔化時能發(fā)生電離導(dǎo)電，氯化鋁是共價化合物熔化時不發(fā)生電離不能導(dǎo)電．

Answer 1

分析 鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)，加入足量的氫氧化鈉，氧化鋁、二氧化硅與NaOH溶液反應(yīng)均生成鹽和水，只有氧化鐵與堿不反應(yīng)，結(jié)合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，過濾后得濾渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；濾液用二氧化碳酸化時，將NaAlO₂完全轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；過濾得氫氧化鋁沉淀，灼燒得氧化鋁，電解氧化鋁得單質(zhì)鋁．
（1）冶煉鋁的電解槽中的陰極和陽極材料均為惰性電極；
（2）氧化鋁的熔點很高，在鋁的冶煉中要加入冰晶石可以降低氧化鋁的熔化溫度；
（3）依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計算，陽極消耗是因為電解過程中生成的氧氣和電極材料碳發(fā)生反應(yīng)當(dāng)生成一氧化碳時消耗碳最多；
（4）只有氧化鐵與堿不反應(yīng)，結(jié)合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈，依據(jù)濾渣的組成分析判斷A的用途；
（5）第三步中，選用二氧化碳作酸化劑，可將Al元素全部轉(zhuǎn)化為沉淀，氫氧化鋁不溶于弱酸；
（6）氧化鎂熔點高，氯化鎂熔點低，氯化鋁為共價化合物，熔化后不導(dǎo)電，而氧化鋁為離子化合物．

解答 解：鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)，加入足量的氫氧化鈉，氧化鋁、二氧化硅與NaOH溶液反應(yīng)均生成鹽和水，只有氧化鐵與堿不反應(yīng)，結(jié)合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，過濾后得濾渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；濾液用二氧化碳酸化時，將NaAlO₂完全轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；過濾得氫氧化鋁沉淀，灼燒得氧化鋁，電解氧化鋁得單質(zhì)鋁．
（1）冶煉鋁的電解槽中的陰極和陽極材料均為惰性電極，在工業(yè)電解鋁的過程中，用石油煉制和煤的干餾產(chǎn)品中的石墨作電解鋁的陰極和陽極材料，
故答案為：石墨；
（2）氧化鋁的熔點很高，工業(yè)上為了降低能量消耗，在鋁的冶煉中要加入冰晶石可以降低氧化鋁的熔化溫度，
故答案為：冰晶石；
（3）陽極消耗是因為電解過程中生成的氧氣和電極材料碳發(fā)生反應(yīng)生成二氧化碳，陽極電極反應(yīng)為：2O^2--4e-=O₂↑，陰極電極反應(yīng)為Al³⁺+3e^-=Al，結(jié)合電子守恒得到3O₂～4Al，電極消耗反應(yīng)生成一氧化碳時壓強消耗的碳最多，2C+O₂=2CO，
當(dāng)生成2.16t鋁時消耗陽極
6C～3O₂～4Al
6×12     4×27
m         2.16t
m=1.44t，
故答案為：1.44；
（4）只有氧化鐵與堿不反應(yīng)，結(jié)合信息②可知還生成Na₂Al₂Si₂O₈，圖中濾液A的主要成分為Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈ ，依據(jù)濾渣的組成分析判斷A的用途可以做煉鐵的原料或生產(chǎn)硅酸鹽產(chǎn)品，
故答案為：Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈ ，煉鐵的原料或生產(chǎn)硅酸鹽產(chǎn)品；
（5）第三步“酸化”中，選用二氧化碳作酸化劑，過量的二氧化碳通入偏鋁酸鈉溶液中可將Al元素全部轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，因為氫氧化鋁不溶于弱酸碳酸，且二氧化碳來源廣，反應(yīng)易控制廉價，
故答案為：CO₂，二氧化碳過量時氫氧化鋁不會溶解，反應(yīng)易控制且廉價；
（6）氧化鎂熔點高，氯化鎂熔點低，熔融后電離出離子能導(dǎo)電，工業(yè)冶煉鎂是電解熔融的氯化鎂，氯化鋁為共價化合物，熔化后不導(dǎo)電，而氧化鋁為離子化合物熔融可以電離出離子能導(dǎo)電，工業(yè)冶煉鋁是電解熔融的氧化鋁冰晶石熔融體，
故答案為：因為氧化鎂熔點太高，氯化鎂熔點低，熔化時能發(fā)生電離導(dǎo)電，氯化鋁是共價化合物熔化時不發(fā)生電離不能導(dǎo)電．

點評 本題考查Al及其化合物的化學(xué)性質(zhì)、物質(zhì)分離提純方法和基本操作的綜合應(yīng)用，注意把握流程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，注重信息與所學(xué)知識的結(jié)合分析解決問題，側(cè)重知識遷移應(yīng)用能力的考查，題目難度中等．