Question

某科研小組以難溶性鉀長(zhǎng)石（K₂O?Al₂O₃?6SiO₂）為原料，提取Al₂O₃、K₂CO₃等物質(zhì)，工藝流程如下：
（1）煅燒過(guò)程中鉀長(zhǎng)石中的鉀元素和鋁元素在Na₂CO₃作用下轉(zhuǎn)化為可溶性的NaAlO₂和KAlO₂，寫出Al₂O₃轉(zhuǎn)化為NaAlO₂的化學(xué)方程式是：______．
（2）已知NaAlO₂和KAlO₂易發(fā)生如下水解反應(yīng)：AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，“浸取”時(shí)應(yīng)保持溶液呈______性（填“酸”或“堿”）．
（3）“轉(zhuǎn)化”時(shí)加入NaOH的主要作用是______（用離子方程式表示）．
（4）上述工藝中可以循環(huán)利用的主要物質(zhì)是______、______和水．
（5）以Al₂O₃為原料，以石墨為電極，通過(guò)電解法可制得金屬鋁．電解池中接電源負(fù)極的一極的電極反應(yīng)式是______．長(zhǎng)時(shí)間電解后，需要更換新的石墨電極的是______極（填“陰”或“陽(yáng)”）．

Answer 1

解：（1）氧化鋁和碳酸鈉在高溫下反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和二氧化碳，反應(yīng)方程式為Al₂O₃+Na₂CO₃2NaAlO₂+CO₂↑，
故答案為：Al₂O₃+Na₂CO₃2NaAlO₂+CO₂↑；
（2）偏鋁酸根離子水解呈堿性，應(yīng)在堿性條件下防止水解，故“浸取”時(shí)應(yīng)保持溶液呈堿性，
故答案為：堿；
（3）由工藝流程可知，濾液中主要含有碳酸氫鉀、碳酸氫鈉，“轉(zhuǎn)化”時(shí)加入NaOH，將碳酸氫鉀、碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鉀、碳酸鈉，反應(yīng)離子反應(yīng)方程式為：HCO₃^-+2OH^-=CO₃^2-+H₂O，
故答案為：HCO₃^-+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；
（4）煅燒時(shí)需要碳酸鈉，在流程圖提取碳酸鉀之前可得到碳酸鈉，所以碳酸鈉為可循環(huán)利用的物質(zhì)，在浸出液中需通二氧化碳，而碳酸鈣與二氧化硅、氧化鋁和碳酸鈉在高溫下反應(yīng)都有二氧化碳生成，所以，二氧化碳是可循環(huán)使用的物質(zhì)，故答案為：Na₂CO₃；CO₂；
（5）電解池中連接電源負(fù)極的電極為陰極，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，鋁離子在陰極放電生成Al，電極反應(yīng)式為Al³⁺+3e^-=Al，電極過(guò)程中陽(yáng)極生成氧氣，生成的氧氣會(huì)和碳反應(yīng)生成二氧化碳，陽(yáng)極石墨被消耗，故需要更換新的石墨電極的是陽(yáng)極，故答案為：Al³⁺+3e^-=Al；陽(yáng)．
分析：（1）氧化鋁和碳酸鈉在高溫下反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和二氧化碳；
（2）偏鋁酸根離子水解呈堿性，應(yīng)在堿性條件下防止水解；
（3）由工藝流程可知，濾液中主要含有碳酸氫鉀、碳酸氫鈉，“轉(zhuǎn)化”時(shí)加入NaOH，將碳酸氫鉀、碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鉀、碳酸鈉；
（4）反應(yīng)產(chǎn)物中的物質(zhì)在工藝流程中又可作為反應(yīng)物參加反應(yīng)，該物質(zhì)可以循環(huán)利用；
（5）電解池中連接電源負(fù)極的電極為陰極，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，鋁離子在陰極放電生成Al；
電極過(guò)程中陽(yáng)極生成氧氣會(huì)和碳反應(yīng)生成二氧化碳，陽(yáng)極石墨被消耗．
點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了A1₂0₃、K₂CO₃等物質(zhì)的提取、電解原理、鹽類水解等，是工藝流程題目，依據(jù)相關(guān)的物質(zhì)的性質(zhì)，讀懂流程是解答的關(guān)鍵，難度中等．