Question

15．鋁是人類生活中繼銅、鐵之后又一個重要的金屬．工業(yè)上冶煉金屬鋁的原料來源于自然界中重要的礦物質釩土（主要成分：Al₂O₃；還有SiO₂、Fe₂O₃、FeCO₃、MgCO₃等雜質）．從釩土中提取得到Al₂O₃的工藝流程如圖所示：

請回答下列問題：
（1）固體A所含物質的化學式（或分子式）是Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂．
（2）寫出溶液A與氣體B反應的離子方程式CO₂+OH^-_{_}═HCO₃^-，AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）工業(yè)冶煉金屬鋁通常用石墨碳塊作電解槽的陽極，請你根據電解原理解釋電解冶煉鋁過程中，需要定期補充陽極碳塊的原因電解冶煉鋁的陽極產物為O₂氣，在高溫條件下，O₂氣與陽極碳發(fā)生反應消耗陽極碳塊．
（4）Al₂O₃的熔點很高，因而在工業(yè)冶煉時，需將Al₂O₃的熔于熔化的冰晶石（Na₃AlF₆）中進行電解．有一位同學查閱資料發(fā)現(xiàn)，AlCl₃的熔點很低．他提出：可通過電解熔融狀態(tài)的AlCl₃制取金屬鋁．你認為他提出的方案是否可行？為什么？不可行，AlCl₃是共價化合物，受熱時AlCl₃易升華．
（5）另一位同學分析了“從釩土中提取Al₂O₃的工藝流程”后指出：可以從“溶液B”中分離得到另一個重要的化工產品--小蘇打．根據這位同學的想法，如果不考慮生產過程的損耗，請你計算每生產10.0t金屬鋁，理論上可得到小蘇打產品最少31.1t．

Answer 1

分析 釩土主要成分是Al₂O₃，還有SiO₂、Fe₂O₃、FeCO₃、MgCO₃等雜質，除SiO₂不反應外，與鹽酸反應生成的金屬陽離子有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺等，這些金屬陽離子再與足量氫氧化鈉反應后生成的可溶物為NaAlO₂，不溶物固體A為Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂，溶液A為NaAlO₂溶液和氫氧化鈉溶液的混合物，溶液中通入足量B為二氧化碳氣體，二氧化碳和氫氧化鈉反應生成碳酸氫鈉，二氧化碳和偏氯酸鈉溶液反應生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉，過濾得到固體B為氫氧化鋁，溶液B為碳酸氫鈉溶液，固體B受熱分解生成氧化鋁，
（1）礬土與稀鹽酸反應生成金屬陽離子后，再和氫氧化鈉反應生成的沉淀就是固體A為Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；
（2）溶液A的溶質就是礬土與稀鹽酸反應生成金屬陽離子鋁離子后，再和氫氧化鈉反應生成的可溶性物質溶液A中含有AlO₂^-；
（3）電解時陽極上氧離子失電子生成氧氣，氧氣在高溫時會氧化碳塊，使碳塊消耗；
（4）AlCl₃是共價化合物，在熔融狀態(tài)下不能電離出離子，不導電，不能用來電解；
（5）根據Al元素質量守恒，AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，結合定量關系Al～AlO₂^-～HCO₃^-計算碳酸氫鈉質量．

解答 解：（1）釩土主要成分是Al₂O₃，還有SiO₂、Fe₂O₃、FeCO₃、MgCO₃等雜質，除SiO₂不反應外，與鹽酸反應生成的金屬陽離子有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺等，這些金屬陽離子再與足量氫氧化鈉反應后生成的溶液A為NaAlO₂溶液和氫氧化鈉溶液的混合溶液，不溶物固體A為Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂，
故答案為：Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；
（2）由分析可知溶液A主要為NaAlO₂溶液和剩余的氫氧化鈉溶液，通入二氧化碳氣體首先和氫氧化鈉反應生成碳酸氫鈉，反應的離子方程式為：CO₂+OH^-═HCO₃^-，二氧化碳和NaAlO₂溶液反應生成氫氧化鋁程度和碳酸氫鈉溶液，反應的離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：CO₂+OH^-═HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）電解時陽極上氧離子失電子生成氧氣，氧氣在高溫條件下會氧化碳塊，使碳塊消耗，所以需要定期補充陽極碳塊，
故答案為：電解冶煉鋁的陽極產物為O₂，在高溫條件下，O₂與陽極碳發(fā)生反應消耗陽極碳塊；
（4）AlCl₃是共價化合物，受熱時AlCl₃易升華，在熔融狀態(tài)下不導電，不能用來電解，工業(yè)上是利用氧化鋁為離子化合物，在熔融狀態(tài)下可導電，可以用來電解制備鋁，
故答案為：不可行；AlCl₃是共價化合物，受熱時AlCl₃易升華，熔融狀態(tài)的AlCl₃不導電；
（5）根據Al元素質量守恒，AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，結合定量關系Al～AlO₂^-～HCO₃^-計算，
每生產10.0t金屬鋁，理論上可得到小蘇打產品的質量最少為x，
  Al～AlO₂^-～NaHCO₃，
  27          84
 10.0t        x
x=31.1t
故答案為：最少31.1；

點評 本題為生產工藝流程題，涉及電解、計算等問題，題目較為綜合，做題時注意仔細審題，從題目中獲取關鍵信息．題目難度較大．