Question

下图是传统的工业生产金属铝的基本流程图，结合铝生产的流程图解答下列各题：

(1)工业冶炼金属铝用的是铝土矿，铝土矿的主要成分是__________(填化学式)。石油炼制和煤的干馏产品__________(填物质名称)作电解铝的阴极和阳极材料。
(2)氧化铝熔点高达2 050 ℃，工业上为了降低能量消耗，在金属铝的冶炼中采取的措施是_________________________________________________。
(3)在冶炼过程中，阳极材料需要定期地进行更换，原因是该极材料不断被消耗，产生这种现象的原因是： ____________________________(用化学方程式表示)。
(4)工业上制取金属镁时是电解熔融MgCl₂，电解反应方程式为____________________________，镁和铝都是活泼金属，为什么在电解冶炼过程中，一个用氯化物，一个用氧化物_____________________。

Answer 1

(1)Al₂O₃　碳素材料
(2)加入冰晶石(Na₃AlF₆)和少量CaF₂
(3)C＋O₂ CO₂
(4)MgCl₂(熔融) Mg＋Cl₂↑
因为MgO熔点太高，MgCl₂熔点低，电解MgCl₂耗能少。AlCl₃是共价化合物，熔化时不能发生电离

该题以工业冶炼金属铝为载体考查了原料的判断、原理的诠释以及能
量的合理利用。
(1)铝土矿的主要化学成分是Al₂O₃，另外还有SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂、H₂O等，电解前必须进行提纯。石油炼制、煤的干馏的固体物质的成分为碳，具有导电性，可以作为阳极和阴极材料。
(2)纯净Al₂O₃的熔点很高，而其电解必须在熔融状态下进行，若采用纯净的Al₂O₃进行电解，则加热熔融需要耗费大量的能量，所以工业上采用加入冰晶石(Na₃AlF₆)和氟化钙(CaF₂)助熔。
(3)工业冶炼铝的关键操作是电解，电解时阳极发生氧化反应，熔融物中的O^2－失电子，生成O₂，在电解过程中阳极的材料碳逐渐与生成的氧气反应，在高温条件下生成CO₂。
(4)因为MgCl₂为离子化合物，熔融时能发生电离；AlCl₃为共价化合物，熔融时不发生电离；再者MgO熔点很高，很难熔化，耗能太大。