Question

铝是人类生活中继铜、铁之后又一个重要的金属。工业上冶炼金属铝的原料来源于自然界中重要的矿物质钒土（主要成分：Al₂O₃；还有SiO₂、Fe₂O₃、FeCO₃、MgCO₃等杂质）。从钒土中提取得到Al₂O₃的工艺流程如下图所示：

请回答下列问题：

（1）固体A所含物质的化学式（或分子式）是                。

（2）写出溶液A与足量气体B反应的离子方程式                                 。

（3）工业冶炼金属铝通常用石墨碳块作电解槽的阳极，请你根据电解原理解释电解冶炼铝的过程中，需要定期补充阳极碳块的原因                                     。

（4）Al₂O₃的熔点很高，因而在工业冶炼时，需将Al₂O₃熔于熔化的冰晶石（Na₃AlF₆）中进行电解。请写出电解过程中阴极的电极反应式                           。工业上通常将Al(OH)₃和Na₂CO₃一同溶于氢氟酸来制取冰晶石，反应时放出CO₂气体，写出该反应的化学方程式                  。

（5）有一位同学查阅资料发现，AlCl₃的熔点很低。他提出：可通过电解熔融状态的AlCl₃制取金属铝。你认为他提出的方案是否可行？为什么？                          。

（6）某企业用上述工艺流程进行生产，每10.0t钒土可得到金属铝1.35t。如果不考虑生产过程的损耗，请你计算钒土中Al₂O₃的质量分数              。

Answer

（1）Fe(OH)2、Fe(OH)3、Mg(OH)2

（2）CO2+OH－== HCO3－ AlO2－ + CO2 +2H2O=Al(OH)3↓+ HCO3－

（3）电解冶炼铝的阳极产物为O2气，在高温条件下，O2气与阳极碳发生反应消耗阳极碳块。

（4）Al3++3e－==Al ； 2Al(OH)3+3Na2CO3+12HF==2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O

（5）不可行；AlCl3是共价化合物，熔融状态的AlCl3不导电。

（6）25.5% 或0.255。

【解析】

试题分析：（1）钒土的主要成分是Al2O3，还有SiO2、Fe2O3、FeCO3、MgCO3等杂质，除SiO2不反应外，与盐酸反应生成的金属阳离子有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+等，这些金属阳离子再与氢氧化钠反应后生成的可溶物为NaAlO2，不溶物为Fe(OH)2、Fe(OH)3、Mg(OH)2；

（2）由（1）知溶液A主要为NaAlO2溶液和剩余的氢氧化钠溶液，通入二氧化碳气体首先和氢氧化钠反应CO2+OH－== HCO3－，然后和NaAlO2反应AlO2－ + CO2 +2H2O=Al(OH)3↓+ HCO3－；

（3）电解冶炼铝的阳极产物为O2气，在高温条件下，O2气与阳极碳发生反应消耗阳极碳块，所以需要定期补充阳极碳块；

（4）电解熔融的氧化铝，阴极发生还原反应，即铝离子得电子生成单质铝，阴极的电极反应为Al3++3e－==Al；工业上通常将Al(OH)3和Na2CO3一同溶于氢氟酸来制取冰晶石，反应时放出CO2气体，根据原子守恒配平，则该反应的化学方程式为2Al(OH)3+3Na2CO3+12HF==2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O。

（5）AlCl3是共价化合物，在熔融状态下不导电，不能用来电解，而氧化铝为离子化合物，在熔融状态下可导电，可以用来电解；

（6）根据元素守恒，矾土中每1molAl会生成0.5molAl2O3，则矾土中Al2O3表示的质量分数=（1.35×102）÷（27×2×10）×100%=25.5%。

考点：考查从钒土中提取得到Al2O3的工艺流程分析。