Question

某科研小組以難溶性鉀長(zhǎng)石（K₂O?Al₂O₃?6SiO₂）為原料，提取Al₂O₃、K₂CO₃等物質(zhì)，工藝流程如下：
 
（1）煅燒過(guò)程中鉀長(zhǎng)石中的鉀元素和鋁元素在Na₂CO₃作用下轉(zhuǎn)化為可溶性的NaAlO₂和KAlO₂，寫出Al₂O₃轉(zhuǎn)化為NaAlO₂的化學(xué)方程式是：                              。
（2）已知NaAlO₂和KAlO₂易發(fā)生如下水解反應(yīng)：AlO₂^—+ 2H₂O  Al(OH)₃ + OH^— ，“浸取”時(shí)應(yīng)保持溶液呈           性（填“酸”或“堿”）。
（3）“轉(zhuǎn)化”時(shí)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(huán)利用的主要物質(zhì)是               、               和水。
（5）以Al₂O₃為原料，以石墨為電極，通過(guò)電解法可制得金屬鋁。電解池中接電源負(fù)極的一極的電極反應(yīng)式是                   。長(zhǎng)時(shí)間電解后，需要更換新的石墨電極的是        極（填“陰”或“陽(yáng)”）。

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(gè)2分) （5）Al³⁺+ 3e^－＝Al   (2分)   陽(yáng)  (2分)

試題分析：（1）根據(jù)原子守恒可知，氧化鋁和碳酸鈉在高溫下反應(yīng)生成偏鋁酸鈉的同時(shí)，一定還有二氧化碳產(chǎn)生，所以反應(yīng)化學(xué)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(shí)應(yīng)在堿性條件下進(jìn)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(zhuǎn)化”時(shí)加入NaOH，將碳酸氫鉀、碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鉀、碳酸鈉，反應(yīng)離子反應(yīng)方程式為HCO₃^－ + OH^－＝H₂O + CO₃^2－。
（4）煅燒時(shí)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(huán)利用的物質(zhì)。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(yīng)都有二氧化碳生成，所以二氧化碳也是可以參與循環(huán)使用的物質(zhì)。
（5）電解池中連接電源負(fù)極的電極為陰極，陰極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。所以鋁離子在陰極放電生成Al，電極反應(yīng)式為Al³⁺+ 3e^－＝Al。電極過(guò)程中陽(yáng)極生成氧氣，生成的氧氣會(huì)和碳反應(yīng)生成二氧化碳，陽(yáng)極石墨被消耗，因此需要更換新的石墨電極的是陽(yáng)極。