Question

铝在生活中具有广泛用途。现从含铝废料(含有A1₂O₃的质量分数为51%，其余为NiO、SiO₂、Fe₃O₄)中制取金属铝的流程如下：

回答下列问题：

(1)工艺过程中常把废料研细，其目的是_________________________________。

(2)步骤I中得到的滤渣的主要成分是___________(填化学式)。步骤V的反应类型是______________________。

(3)步骤Ⅱ中加入稀双氧水的目的是______________________。

(4)步骤Ⅲ产生NiCO₃的离子方程式是___________。步骤Ⅳ产生沉淀的离子方程式是______________________。

(5)工业中常用惰性电极熔融电解法制备金属铝，其阴极反应式为___________。

(6)若用a吨该含铝废料通过上述流程，理论上可以生产铝___________吨

Answer

增大接触面积，加快反应速率，使反应更充分，提高原料转化率 SiO2 分解 将Fe2+氧化为Fe3+ Ni2++ CO32—= NiCO3↓ 2Al3+ + 3CO32-+3H2O= 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑ Al3++3e—=Al 0.27a

【解析】

由实验流程可知，铝废料中加入加硫酸， Al2O3转化为Al3+，Fe3O4转化为Fe2+、Fe3+，NiO转化为Ni2+，只有SiO2不反应，则过滤得到的滤渣I为SiO2；向滤液中加入过氧化氢，过氧化氢与亚铁离子发生氧化还原反应，使Fe2+转化为Fe3+，加入碳酸钠溶液调节溶液pH，使铁离子转化为氢氧化铁沉淀、Ni2+转化为NiCO3沉淀；过滤，向滤液中继续加入碳酸钠溶液，碳酸钠溶液和硫酸铝溶液发生双水解反应生成Al（OH）3沉淀和硫酸铵；Al（OH）3沉淀灼烧分解得到氧化铝；一定条件下电解熔融氧化铝得到Al。

（1）工艺过程中常把废料研细，可以增大废料的表面积，增大与硫酸的接触面积，加快反应速率，使反应更充分，故答案为：增大接触面积，加快反应速率，使反应更充分，提高原料转化率；

（2）步骤I中加入硫酸，Al2O3、Fe3O4、NiO与硫酸反应，只有SiO2不反应，则过滤得到的滤渣I为SiO2；步骤V为Al（OH）3沉淀灼烧分解得到氧化铝，故答案为：SiO2；分解；

（3）步骤Ⅱ中加入稀双氧水，双氧水与亚铁离子发生氧化还原反应，使Fe2+转化为Fe3+，故答案为：将Fe2+氧化为Fe3+；

（4）步骤Ⅲ，加入碳酸钠溶液调节溶液pH，使铁离子转化为氢氧化铁沉淀、Ni2+转化为NiCO3沉淀，产生NiCO3的离子方程式为：Ni2++ CO32—= NiCO3↓；步骤Ⅳ向滤液中继续加入碳酸钠溶液，碳酸钠溶液和硫酸铝溶液发生双水解反应生成Al（OH）3沉淀和硫酸铵，反应的离子方程式为2Al3+ + 3CO32-+3H2O= 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑，故答案为：Ni2++ CO32—= NiCO3↓；2Al3+ + 3CO32-+3H2O= 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑；

（5）工业上用惰性电极电解熔融氧化铝制备金属铝，阴极上铝离子放电生成金属铝，电极反应式为Al3++3e—=Al，故答案为：Al3++3e—=Al；

（6）由Al原子个数守恒可得：A12O3~2Al，则a吨该含铝废料理论上可以生产铝的质量为=0.27ag，故答案为：0.27a。