Question

【题目】某科研小组以难溶性钾长石（K2OAl2O36SiO2）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—+ 2H2OAl(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

【答案】Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑ 碱 HCO3－+ OH－＝H2O + CO32－ Na2CO3 CO2 Al3++ 3e－＝Al 阳

【解析】

钾长石（K2OAl2O36SiO2）加入碳酸钠和碳酸钙煅烧，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，氧化铝和碳酸钠发生的反应为：Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑，氧化铝和碳酸钙发生类似的反应，都生成二氧化碳。用水浸取，进入水溶液中，然后通入过量的二氧化碳，AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-，滤液中含有碳酸氢钾、碳酸氢钠，加入氢氧化钠溶液，生成碳酸钠和碳酸钾。

（1）根据原子守恒可知，氧化铝和碳酸钠在高温下反应生成偏铝酸钠的同时，一定还有二氧化碳产生，所以反应化学方程式为Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑。

（2）偏铝酸根离子水解呈碱性，所以要抑制其水解，“浸取”时应在碱性条件下进行。

（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－+ OH－＝H2O + CO32－。

（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，所以碳酸钠是可以参与可循环利用的物质。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，所以二氧化碳也是可以参与循环使用的物质。

（5）电解池中连接电源负极的电极为阴极，阴极得到电子，发生还原反应。所以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，因此需要更换新的石墨电极的是阳极。