Question

铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al₂O₃，含SiO₂和Fe₂O₃等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：

注：SiO₂在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_______________。

（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO₃溶液，溶液的pH_____(填“增大”、“不变”或“减小”)。

（3） “电解Ⅰ”是电解熔融 Al₂O₃，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是_______________。

（4）“电解Ⅱ”是电解Na₂CO₃溶液，原理如图所示。

阳极的电极反应式为_______________，阴极产生的物质A的化学式为_______________。

（5）铝粉在1000℃时可与N₂反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH₄Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是_______________。

Answer

Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O 减小 石墨电极被阳极上产生的氧气氧化 4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑ H2 氯化铵分解产生的氯化氢能够破坏铝表面的氧化铝薄膜

【解析】结合流程及题中信息可知，铝土矿在碱溶时，其中的氧化铝和二氧化硅可溶于强碱溶液，过滤后，滤液中偏铝酸钠与碳酸氢钠反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸钠，氢氧化铝经灼烧后分解为氧化铝，最后电解熔融的氧化铝得到铝。碳酸钠溶液经电解后可以再生成碳酸氢钠和氢氧化钠进行循环利用。

（1）氧化铝为两性氧化物，可溶于强碱溶液生成偏铝酸钠和水，离子方程式为Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O 。

(2为了提高铝土矿的浸取率，氢氧化钠溶液必须过量，所以过滤I所得滤液中含有氢氧化钠，加入碳酸氢钠溶液后，氢氧化钠与碳酸氢钠发生反应生成碳酸钠和水，所以溶液的pH减小。

（3）电解I过程中，石墨阳极上氧离子被氧化为氧气，在高温下，氧气与石墨发生反应生成气体，所以，石墨电极易消耗的原因是被阳极上产生的氧气氧化。

（4）由图中信息可知，生成氧气的为阳极室，溶液中水电离的OH-放电生成氧气，破坏了水的电离平衡，碳酸根结合H+转化为HCO3-，所以电极反应式为4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑，阴极室氢氧化钠溶液浓度变大，说明水电离的H+放电生成氢气而破坏水的电离平衡生成大，所以阴极产生的物质A为H2 。

（5）铝在常温下就容易与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化膜。氯化铵受热分解产生的氯化氢能够破坏铝表面的氧化铝薄膜，所以加入少量的氯化铵有利于AlN的制备。