Question

18．已知工業(yè)上鋁的生產(chǎn)流程如下：

（1）工業(yè)上先從鋁土礦獲得氧化鋁，這一過程包括三個環(huán)節(jié)，寫出這一過程的化學(xué)方程式為Al₂O₃（鋁土礦）+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O、NaAlO₂+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+NaHCO₃、2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O
（2）電解鋁時的電解質(zhì)為氧化鋁-冰晶石熔融液，常加入少量氯化鈣的目的是降低熔點
（3）電解鋁時的兩極反應(yīng)式為：陽極反應(yīng)6O^2--12e^-=3O₂↑陰極反應(yīng)4Al³⁺+12e^-=4Al陽極碳塊需要定期更換，其原因是陽極產(chǎn)生的氧氣與陽極材料中的碳發(fā)生反應(yīng)
（4）已知電解鋁生產(chǎn)1mol鋁時消耗電能2.2×10⁶J，槽電壓為4.0V，一個電子的電量為1.6×10^-19C，則鋁電解時電能利用率為52.54%．

Answer 1

分析 由生產(chǎn)流程可知，先從鋁土礦獲得氧化鋁，利用NaOH溶解后、再通入足量二氧化碳生成氫氧化鋁，然后加熱氫氧化鋁生成氧化鋁，再電解熔融的氧化鋁可得到Al單質(zhì)，電解時陽極生成氧氣，陰極生成Al，以此來解答．

解答 解：（1）從鋁土礦獲得氧化鋁涉及的反應(yīng)為Al₂O₃（鋁土礦）+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O、NaAlO₂+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+NaHCO₃、2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，
故答案為：Al₂O₃（鋁土礦）+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O、NaAlO₂+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+NaHCO₃、2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O；
（2）Al為活潑金屬，電解鋁時的電解質(zhì)為氧化鋁-冰晶石熔融液，常加入少量氯化鈣的目的是降低熔點，
故答案為：氧化鋁-冰晶石熔融液；降低熔點；
（3）電解鋁時陽極反應(yīng)為6O^2--12e^-=3O₂↑，陰極反應(yīng)為4Al³⁺+12e^-=4Al，陽極碳塊需要定期更換，其原因是陽極產(chǎn)生的氧氣與陽極材料中的碳發(fā)生反應(yīng)，
故答案為：6O^2--12e^-=3O₂↑；4Al³⁺+12e^-=4Al；陽極產(chǎn)生的氧氣與陽極材料中的碳發(fā)生反應(yīng)；
（4）電解鋁生產(chǎn)1mol鋁時消耗電能2.2×10⁶J，槽電壓為4.0V，一個電子的電量為1.6×10^-19C，由Al³⁺+3e^-=Al可知，則鋁電解時電能利用率為$\frac{1mol×3×6.02×1{0}^{23}×1.6×1{0}^{-19}×4}{2.2×1{0}^{6}}$×100%=52.54%，故答案為：52.54%．

點評 本題考查鋁的冶煉及混合物分離提純、電解原理等，為高頻考點，把握流程中的反應(yīng)及電解原理為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，題目難度不大．