Question

某地有丰富的铝土矿和石灰石资源，拟用铝土矿（主要成分是Al₂O₃,还有少量的Fe₂O₃、SiO₂）为原料冶炼铝，工艺流程如下图所示：

（1）原料A的名称是             ，可循环使用的物质的化学式式为             。
（2）如果省去步骤①，即溶解铝土矿从直接加入B溶液开始，则最终会对氧化铝的生产产生的影响是       。
（3）写步骤③的离子方程式             。
（4）步骤⑤是在铝电解槽中进行，电解槽的两极材料均用石墨，写出阴极的电极反应方程式             。
（5）工业常用阳极氧化法使铝的表面生成致密的氧化膜。如右图是铝阳极氧化实验装置图：a端是电源的        极。铝片表面形成氧化铝的原理是（用电极方程式表示）        ，        （填“能”或“不能”）用较浓NaCl溶液代替20%H₂SO₄作电解液进行铝的阳极氧化，若不能，请说明理由        。

Answer 1

（1）盐酸（或硫酸）（1分）  CaCO₃和NaOH（2分）
（2）生成的氧化铝中含有二氧化硅杂质（2分）
（3）2AlO₂^－＋CO₂＋3H₂O2Al(OH)₃↓＋CO₃^2－（2分）（或AlO₂^－＋CO₂＋2H₂OAl(OH)₃↓＋HCO₃^－）
（4）Al^3＋＋3e^－Al（2分）
（5）正（1分）   2Al－6e^－＋3H₂OAl₂O₃＋6H^＋（2分） 不能（1分）  若用NaCl溶液代替硫酸，阳极会有Cl^－放电产生Cl₂，无法使其表面生成致密的氧化膜(其他合理答案均给分，2分) 

试题分析：（1）SiO₂和盐酸不反应，Fe₂O₃和氢氧化钠不反应而氧化铝能反应，向偏铝酸钠中通入过量的二氧化碳可以生成氢氧化铝沉淀。由工艺流程可知步骤③通入的为二氧化碳，生成的沉淀为氢氧化铝，所以滤液②含有AlO₂^－．步骤②应加入氢氧化钠除去铁离子，将铝离子转化为AlO₂^－，所以滤液①中含有Al^3＋，步骤①应为加入盐酸，除去SiO₂。
滤液①中含有Al^3＋、Fe^3＋、Cl^－、H^＋等，加入氢氧化钠，除去铁离子、氢离子，将铝离子转化为AlO₂^－，滤液2含有AlO₂^－，Cl^－、Na^＋、，通入二氧化碳将偏铝酸根离子转化为氢氧化铝，所以滤液3中的离子主要有Na^＋、OH^－、Cl^－、HCO₃^－，步骤③通入二氧化碳与AlO₂^－反应生成的沉淀为氢氧化铝，反应化学方程式为NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al(OH)₃↓+NaHCO₃，CaCO₃CaO+CO₂↑，氧化钙和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙和碳酸氢钠反应，NaHCO₃+Ca(OH)₂═CaCO₃↓+NaOH+H₂O，所以NaOH、CaCO₃可再次被利用，即可循环使用。
（2）如果省去步骤①，即溶解铝土矿是从加入原料B开始，用NaOH溶液溶解铝土矿，则有部分SiO₂溶解在NaOH溶液中生成硅酸钠，通入二氧化碳会生成硅酸沉淀，最后使加热制得的Al₂O₃混有SiO₂杂质。
（3）步骤③通入二氧化碳与AlO₂^－反应生成的沉淀为氢氧化铝，二氧化碳少量时离子方程式为2AlO₂^－＋CO₂＋3H₂O2Al(OH)₃↓＋CO₃^2－，二氧化碳过量时离子方程式为AlO₂^－＋CO₂＋2H₂OAl(OH)₃↓＋HCO₃^－
（4）三氧化铝熔融时电离出O^2－和Al^3＋，阳离子在阴极放电，所以阴极的电极反应方程式Al^3＋＋3e^－Al。
（5）电解池的阳极材料是铝时，则该电极反应是铝本身失电子的过程，即2Al－6e^－＋3H₂OAl₂O₃＋6H^＋，所以a端是电源的正极，阴极发生阳离子的得电子过程，在酸溶液中，为6H^＋+6e^－3H₂。 不能用较浓溶液代替20%H₂SO₄作电解液进行铝的阳极氧化，若用NaCl溶液代替硫酸，阳极会有Cl^－放电产生Cl₂，无法使其表面生成致密的氧化膜(其他合理答案均给分，2分)