Question

鋁元素在自然界中主要存在于鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，還含有Fe₂O₃、FeO、SiO₂）中．工業(yè)上用鋁土礦制備鋁的某種化合物的工藝流程如圖1．

（1）在濾液A中加入漂白液，目的是氧化除鐵，所得濾液B顯酸性．
①該過(guò)程中涉及某氧化還原反應(yīng)如下，請(qǐng)完成：
□Fe²⁺+□ClO^-+

 

=□Fe（OH）₃↓+□C1^-

 

．
②由濾液B制備氯化鋁晶體涉及的操作為：邊滴加濃鹽酸邊蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、

 

（填操作名稱(chēng)）、洗滌．
（2）新型鋁空氣電池具有比能量大、質(zhì)量輕、無(wú)毒和危險(xiǎn)性等優(yōu)點(diǎn)．
鋁空氣電池的工作原理　鋁空氣電池以高純度鋁Al（含鋁99.99%）為負(fù)極、石墨為正極，以氫氧化鈉（NaOH）水溶液為電解質(zhì)（如圖2）．
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①正極反應(yīng)：

 

②負(fù)極反應(yīng)：

 

③Al電極易被NaOH溶液腐蝕，這是該電池目前未能推廣使用的原因之一，電極被腐蝕的離子方程為

 

．
（3）對(duì)金屬制品進(jìn)行抗腐蝕處理，可延長(zhǎng)其使用壽命．圖3為鋁材表面處理的一種方法
①堿洗的目的是除去鋁材表面的自然氧化膜，原因是_

 

（用離子方程式表示）．為將堿洗槽液中鋁以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列試劑中的

 

．
a．NH₃         b．CO₂        c．NaOH      d．HNO₃
②以鋁材為陽(yáng)極，在H₂SO₄ 溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽(yáng)極電極反應(yīng)為

 

．取少量廢電解液，加入NaHCO₃，溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，產(chǎn)生沉淀的原因是

 

．（用離子方程式表示）

Answer 1

考點(diǎn)：鎂、鋁的重要化合物,化學(xué)電源新型電池,電解原理,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專(zhuān)題：電化學(xué)專(zhuān)題,幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）①依據(jù)流程分析，濾液中含有氯化鐵、氯化亞鐵、氯化鋁，在濾液A中加入漂白液，目的是氧化除鐵，所得濾液B顯酸性，次氯酸根離子具有氧化性氧化亞鐵離子為鐵離子在溶液中形成氫氧化鐵沉淀除去；依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒和原子守恒配平計(jì)算寫(xiě)出；
②加入濃鹽酸抑制氯化鋁的水解，蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌；
（2）鋁空氣燃料電池中負(fù)極反應(yīng)為Al+4OH^--3e^-═AlO₂^-+2H₂O，正極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，總反應(yīng)為4Al+4OH^--+3O₂═4AlO₂^-+2H₂O，鋁為活潑金屬，既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)；
（3）①鋁材表面的自然氧化膜是氧化鋁，堿洗應(yīng)用了氧化鋁的兩性，故反應(yīng)離子方程式為Al₂O₃+2OH^-═2[AlO₂]^-+H₂O；因堿洗槽液中有AlO₂^-，故應(yīng)通入CO₂來(lái)回收Al（OH）₃，發(fā)生反應(yīng)2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會(huì)繼續(xù)溶解；
②鋁為陽(yáng)極，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應(yīng)式為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；HCO₃^-與H⁺反應(yīng)使H⁺濃度減小，產(chǎn)生Al（OH）₃沉淀．

解答： 解：（1）①濾液中含有氯化鐵、氯化亞鐵、氯化鋁，在濾液A中加入漂白液，目的是氧化除鐵，所得濾液B顯酸性，次氯酸根離子具有氧化性氧化亞鐵離子為鐵離子在溶液中形成氫氧化鐵沉淀除去；亞鐵離子被氧化為鐵離子在溶液中形成氫氧化鐵沉淀，次氯酸根離子被還原為氯離子；反應(yīng)的兩種方程式為：2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+C1^-+4H⁺；
故答案為：2Fe²⁺+1ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+1C1^-+4H⁺；
②加入濃鹽酸抑制氯化鋁的水解，蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶，過(guò)濾，洗滌，故答案為：過(guò)濾；
（2）①電解質(zhì)溶液顯堿性，該燃料電極的正極發(fā)生反應(yīng)為：O₂ +2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂ +2H₂O+4e^-=4OH^-；
②鋁作負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)應(yīng)該是鋁失去電子變?yōu)殇X離子，在氫氧化鈉的溶液中鋁離子繼續(xù)與過(guò)量的堿反應(yīng)生成偏鋁酸根，因此負(fù)極反應(yīng)為Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O；
③Al電極易被NaOH溶液腐蝕，即鋁與氫氧化鈉反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）①鋁材表面的自然氧化膜是氧化鋁，Al₂O₃具有兩性，既能與強(qiáng)堿反應(yīng)也能與強(qiáng)酸反應(yīng)生成鹽和水，堿洗除氧化膜，故反應(yīng)離子方程式為Al₂O₃+2OH^-═2[AlO₂]^-+H₂O；堿洗槽液中有AlO₂^-，故應(yīng)通入CO₂來(lái)回收Al（OH）₃，發(fā)生反應(yīng)2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會(huì)繼續(xù)溶解，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-═2[AlO₂]^-+H₂O；b；
②鋁為陽(yáng)極，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應(yīng)式為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；加入NaHCO₃溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，是由于廢電解液中含有Al³⁺，和HCO₃^-發(fā)生了互促水解．3HCO₃^-+Al³⁺=3CO₂↑+Al（OH）₃↓；或HCO₃^-與H⁺反應(yīng)使H⁺濃度減小，產(chǎn)生Al（OH）₃沉淀，
故答案為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；3HCO₃^-+Al³⁺=3CO₂↑+Al（OH）₃↓．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了鐵、鋁性質(zhì)的綜合應(yīng)用和氧化鋁提純制備流程分析應(yīng)用以及新型電池，注意電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)要結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性，為易錯(cuò)點(diǎn)，題目難度中等．