Question

铝广泛应用于化学工业和日常生活中。工业上由铝土矿（Al₂O₃?3H₂O的含量约为85%，其余主要为SiO₂、Fe₂O₃等）冶炼金属铝的流程如下。

已知拜耳法生产Al₂O₃?3H₂O的基本原理为：
Al₂O₃?3H₂O+2NaOH（aq）2NaAlO₂（aq）+4H₂O，[Al₂O₃?3H₂O也可表示为2 Al(OH)₃]
（1）操作I的名称为        ，赤泥中除含有铝硅酸盐外，还含有的主要物质有             。
（2）为了提高铝土矿的溶出速率可采取的有效措施为                                       
                                                            （任写三点）。
（3）用化学平衡理论解释稀释溶液I有利于Al₂O₃?3H₂O 结晶的原因____________                                                   。
（4）为了析出Al₂O₃?3H₂O，也可向溶液I中通入过量CO₂气体，写出生成Al₂O₃?3H₂O的离子方程式：                                                      。
（5）为了回收赤泥附着液带走的有用成分，工业上将用热水洗涤后的洗液用作溶液I的稀释剂，请指出流程图中另一处类似的做法                                    。

Answer 1

（16分）
（1）过滤   Fe₂O₃  （共4分，各2分）
（2）将铝土矿粉碎、加热、搅拌、增大NaOH的浓度（任答三点即得满分）（3分）
（3）稀释降低了NaOH的浓度，有利于NaAlO₂或NaAl(OH)₄的水解，使平衡向结晶方向移动（或向左移动）（3分）
（4）CO₂（过量）+ AlO₂^－+2H₂O = Al（OH）₃↓+HCO₃^－ 或
2CO₂（过量）+ 2AlO₂^－+4H₂O = Al₂O₃?3H₂O↓+2HCO₃^－  （3分） 
写下列反应也得分：
CO₂（过量）+[Al(OH) ₄]^－= Al（OH）₃↓+HCO₃^－ 或
2CO₂（过量）+2[Al(OH) ₄]^－= Al₂O₃?3H₂O↓+2HCO₃^－  （3分）
（5）将溶液III循环使用溶解铝土矿 （3分）

解析试题分析：（1）铝土矿中Al₂O₃?3H₂O、SiO₂都能溶于过量NaOH溶液中，而Fe₂O₃是碱性氧化物，不溶于NaOH溶液，过滤是分离固液混合物的常用方法，则操作I为过滤；赤泥中除含有铝硅酸盐外，还含有氧化铁；溶液I的主要成分是偏铝酸钠、硅酸钠、氢氧化钠；（2）根据外界条件对化学反应速率的影响规律，将铝土矿粉碎、加热、搅拌、增大NaOH的浓度等，都能提高铝土矿的浸出速率和浸出率；（3）溶液I中存在如下平衡：Al₂O₃?3H₂O(s)+2NaOH（aq） 2NaAlO₂（aq）+4H₂O(l)，稀释不仅能减小氢氧化钠的浓度，还能促进NaAlO₂的水解，使平衡左移，析出Al₂O₃?3H₂O(s)；（4）碳酸是弱酸，氢氧化铝是两性氢氧化物，则酸性：H₂CO₃>Al(OH)₃，碳酸盐与过量二氧化碳、水能反应生成碳酸氢盐，则溶液I中通入过量二氧化碳气体的反应为CO₂（过量）+ AlO₂^－+2H₂O = Al（OH）₃↓+HCO₃^－或2CO₂（过量）+ 2AlO₂^－+4H₂O = Al₂O₃?3H₂O↓+2HCO₃^－、CO₂（过量）+[Al(OH)₄]^－= Al（OH）₃↓+HCO₃^－ 、2CO₂（过量）+2[Al(OH) ₄]^－= Al₂O₃?3H₂O↓+2HCO₃^－；（5）依题意可知，工业上常采取循环利用的方法，降低能耗、成本，提高生产效率，可以将该化学工艺流程图中溶液III中的NaOH溶液循环使用，用于溶解铝土矿。
考点：考查有关物质制备的化学工艺流程大题，涉及解释粉碎固体原料的原因、判断还原剂、根据盖斯定律计算焓变、解释惰性气体的作用、燃料电池的工作原理、正极反应式、溶液pH变化情况等。