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，工艺流程如图2所示：

（1）原料A的名称是

 

，可循环使用的物质的化学式为

 

（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．如图1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

分析：根据SiO₂和盐酸不反应，Fe₂O₃与氢氧化钠不反应，Al₂O₃与氢氧化钠反应，碳酸钙煅烧生成二氧化碳，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Al³⁺，步骤①应为加入盐酸，除去SiO₂；
（1）由上述分析可知，步骤①加入盐酸，除去SiO₂；生产过程中生成的物质，可再次被利用的即可为循环物质，该反应中氢氧化钠和碳酸钙都是可循环利用的物质；
（2）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，最后使加热制得的Al₂O₃混有SiO₂杂质
（3）滤液②含有AlO₂^-，步骤③通入二氧化碳，与AlO₂^-反应生成的沉淀为氢氧化铝，
（4）电解时，阴极的电极反应是阳离子发生得电子的还原反应；
（5）依据装置图分析铝接电源正极在电解池中做阳极失电子生成氧化铝；根据氯化钠溶液中的氯离子能放电．

解答：解：根据SiO₂和盐酸不反应，Fe₂O₃与氢氧化钠不反应，Al₂O₃与氢氧化钠反应，碳酸钙煅烧生成二氧化碳，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Al³⁺，步骤①应为加入盐酸，除去SiO₂；
（1）由上述分析可知，步骤①加入盐酸，除去SiO₂，所以原料A为盐酸；
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，CaCO₃

高温  .

CaO+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，
故答案为：盐酸；NaOH、CaCO₃；
（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，
故答案为：生成的Al₂O₃混有SiO₂杂质；
（3）滤液②含有AlO₂^-，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，离子方程式为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，故答案为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）电解熔融氧化铝时，阴极的电极反应是铝离子放电，电解反应为：Al³⁺+3e^-=Al，故答案为：Al³⁺+3e^-=Al；
（5）装置图分析铝接电源正极在电解池中做阳极失电子生成氧化铝，电极反应为：2Al+3H₂O-6e^-→Al₂O₃+6H⁺；氯化钠溶液中的氯离子能放电生成氯气，无法使其表面生成氧化膜，所以不能用用NaCl溶液代替20%H₂SO₄作电解液进行铝的阳极氧化，
故答案为：正；2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺；不能；氯化钠溶液中的氯离子能放电生成氯气，无法使其表面生成氧化膜．

点评：本题以框图题形式考查铝的化合物的性质，难度中等，清楚冶炼铝工艺流程原理，是对知识迁移的综合运用．