Question

某科研小组以难溶性钾长石（K₂O?Al₂O₃?6SiO₂）为原料，提取Al₂O₃、K₂CO₃等物质，工艺流程如下：
（1）煅烧过程中钾长石中的钾元素和铝元素在Na₂CO₃作用下转化为可溶性的NaAlO₂和KAlO₂，写出Al₂O₃转化为NaAlO₂的化学方程式是：______．
（2）已知NaAlO₂和KAlO₂易发生如下水解反应：AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，“浸取”时应保持溶液呈______性（填“酸”或“碱”）．
（3）“转化”时加入NaOH的主要作用是______（用离子方程式表示）．
（4）上述工艺中可以循环利用的主要物质是______、______和水．
（5）以Al₂O₃为原料，以石墨为电极，通过电解法可制得金属铝．电解池中接电源负极的一极的电极反应式是______．长时间电解后，需要更换新的石墨电极的是______极（填“阴”或“阳”）．

Answer 1

解：（1）氧化铝和碳酸钠在高温下反应生成偏铝酸钠和二氧化碳，反应方程式为Al₂O₃+Na₂CO₃2NaAlO₂+CO₂↑，
故答案为：Al₂O₃+Na₂CO₃2NaAlO₂+CO₂↑；
（2）偏铝酸根离子水解呈碱性，应在碱性条件下防止水解，故“浸取”时应保持溶液呈碱性，
故答案为：碱；
（3）由工艺流程可知，滤液中主要含有碳酸氢钾、碳酸氢钠，“转化”时加入NaOH，将碳酸氢钾、碳酸氢钠转化为碳酸钾、碳酸钠，反应离子反应方程式为：HCO₃^-+2OH^-=CO₃^2-+H₂O，
故答案为：HCO₃^-+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；
（4）煅烧时需要碳酸钠，在流程图提取碳酸钾之前可得到碳酸钠，所以碳酸钠为可循环利用的物质，在浸出液中需通二氧化碳，而碳酸钙与二氧化硅、氧化铝和碳酸钠在高温下反应都有二氧化碳生成，所以，二氧化碳是可循环使用的物质，故答案为：Na₂CO₃；CO₂；
（5）电解池中连接电源负极的电极为阴极，阴极发生还原反应，铝离子在阴极放电生成Al，电极反应式为Al³⁺+3e^-=Al，电极过程中阳极生成氧气，生成的氧气会和碳反应生成二氧化碳，阳极石墨被消耗，故需要更换新的石墨电极的是阳极，故答案为：Al³⁺+3e^-=Al；阳．
分析：（1）氧化铝和碳酸钠在高温下反应生成偏铝酸钠和二氧化碳；
（2）偏铝酸根离子水解呈碱性，应在碱性条件下防止水解；
（3）由工艺流程可知，滤液中主要含有碳酸氢钾、碳酸氢钠，“转化”时加入NaOH，将碳酸氢钾、碳酸氢钠转化为碳酸钾、碳酸钠；
（4）反应产物中的物质在工艺流程中又可作为反应物参加反应，该物质可以循环利用；
（5）电解池中连接电源负极的电极为阴极，阴极发生还原反应，铝离子在阴极放电生成Al；
电极过程中阳极生成氧气会和碳反应生成二氧化碳，阳极石墨被消耗．
点评：本题主要考查了A1₂0₃、K₂CO₃等物质的提取、电解原理、盐类水解等，是工艺流程题目，依据相关的物质的性质，读懂流程是解答的关键，难度中等．