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回答下列问题：

（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）在金属铝的冶炼中加入冰晶石和氟化钙的目的是________

（3）在冶炼过程中，阳极材料需要定期进行更换，原因是氧化铝溶解并和部分冰晶石发生反应生成Al₂OF₆^2－，写出该反应的离子方程式________________。若电解的总反应为2Al₂O₃+3C3CO₂+4Al，则阳极的电极反应式为_______________。

（4）冰晶石能在碱性溶液中分解，写出冰晶石与足量NaOH溶液反应生成两种钠盐的化学方程式______________。

（5）已知生产1mol铝消耗的电能为1.8x10⁶J，9g铝制饮料罐可回收能量为0.2kJ，则铝制饮料罐的热回收效率η=_____________。（热回收效率= 回收能量/生产耗能x100%）

Answer

（15分）

（1）Al2O3（2分）；碳素材料（2分）

（2）降低Al2O3的熔融温度，减少熔融电解质的能耗（2分）

（3） Al2O3＋4AlF63－===3Al2OF62－＋6F－（2分）；

C+2 Al2OF62－+12F－－4e－===CO2+4 AlF（2分）

（4）Na3AlF＋4NaOH===6NaF＋NaAlO2＋2H2O（2分） （5）0.033%（3分）

【解析】

试题分析：（1）铝土矿的主要成为为氧化铝，化学式为Al2O3；能做电极材料的为能导电的材料，煤干馏得到碳，所以为碳素材料。（2）氧化铝是属于离子晶体，熔点很高，为了降低Al2O3的熔融温度，减少熔融电解质的能耗加入冰晶石和氟化钙。（3）氧化铝溶解并和部分冰晶石发生反应生成Al2OF62－，根据点和守恒和原子守恒配平得离子方程式为： Al2O3＋4AlF63－===3Al2OF62－＋6F－；弱电解的总反应为氧化铝和碳反应生成二氧化碳和铝，电解池中阳极上元素化合价升高失去电子发生氧化反应，则阳极的电极反应为C+2 Al2OF62－+12F－－4e－===CO2+4 AlF。（4）冰晶石与足量氢氧化钠溶液反应生成两种钠盐分别为偏铝酸钠和氟化钠，结合原子守恒配平方程式为Na3AlF＋4NaOH===6NaF＋NaAlO2＋2H2O。（5）已知生成1摩尔铝消耗的电能为1.8x106J，9克铝制饮料罐消耗的电能=9/27×1.8x106J，则铝制饮料罐的热回收效率=0.2/（9/27×1.8x103）=0.033%（3分）

考点：金属回收与环境资源的保护，金属冶炼的一般原理

【名师点睛】金属的冶炼规律

1．活泼金属的冶炼

（1）钠、镁、铝等活泼金属，常采用电解其熔融状态的卤化物的方法冶炼（通直流电）。例如：

2NaCl(熔融) 2Na + Cl2↑ MgCl2(熔融) Mg + Cl2↑

2Al2O3(熔融) 4Al + 3O2↑

（2）对于金属钾、铷等，工业上还运用勒夏特列原理进行冶炼：

2．中等活泼金属的冶炼

（1）火法冶炼——对于锌、铁、钨、铜等中等活泼金属，工业上常采用焦炭、CO、H2、Al粉等还原剂，在高温下还原它们的氧化物的方法冶炼。

3．不活泼金属的冶炼

金、银、铂等不活泼金属在自然界有少量以游离态形式存在，可直接采用物理方法（如淘金等），而汞等不活泼金属可用还原剂还原法或热分解法冶炼。例如：2HgO2Hg + O2↑