Question

10．工業(yè)上用鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃等）提取Al₂O₃做冶煉鋁的原料，由熔鹽電解法獲得的粗鋁中含一定量的金屬鈉和氫氣，這些雜質(zhì)可采用吹氣精煉法除去，產(chǎn)生的尾氣經(jīng)處理后可用于鋼材鍍鋁．工藝流程如下圖所示：
（已知：NaCl熔點為801℃；AlCl₃在181℃升華）

（1）鋼材鍍鋁后，抗腐蝕性能會大大增強，其原因是表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕或致密的氧化鋁膜將環(huán)境中的電解質(zhì)溶液與內(nèi)層金屬隔離．
（2）將Cl₂連續(xù)通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質(zhì)隨氣泡上浮而除去．氣泡的主要成分除Cl₂外還含有H₂、HCl、AlCl₃，固態(tài)雜質(zhì)粘附于氣泡上，在熔體表面形成浮渣，浮渣中肯定存在NaCl．
（3）精煉前，需清除坩堝表面的氧化鐵和石英砂，防止精煉時它們分別與鋁發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生新的雜質(zhì)，則鋁和氧化鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe．
（4）向濾液中通入過量CO₂所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（5）鍍鋁電解池中，金屬鋁為陽極，熔融鹽電鍍液中鋁元素主要以AlCl₄^-形式存在，則陽極的電極反應(yīng)式為Al-3e^-+4Cl^-=AlCl₄^-．

Answer 1

分析 通過工藝流程可知：鋁土礦溶液氫氧化鈉溶液，氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成可溶性偏鋁酸鈉溶液，氧化鐵不溶，過濾得到偏鋁酸鈉溶液和氧化鐵沉淀，偏鋁酸鈉溶液中通入足量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，過濾得到氫氧化鋁，氫氧化鋁受熱分解生成氧化鋁，電解氧化鋁生成金屬鋁，鐵上鍍鋁，鍍件做陰極，鍍層金屬做陽極．
（1）依據(jù)鋁性質(zhì)活潑，容易與氧氣反應(yīng)生成氧化鋁，結(jié)合氧化鋁性質(zhì)解答；
（2）根據(jù)題中信息：NaCl熔點為801℃；AlCl₃在181℃升華，在結(jié)合物質(zhì)之間的反應(yīng)來分析；
（3）依據(jù)鋁熱反應(yīng)寫出方程式；
（4）濾液中含有偏鋁酸根離子，通入過量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉；
（5）電鍍池中鍍件金屬作陽極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）鋁金屬表面形成的致密氧化鋁膜具有保護作用，致密的氧化膜能隔絕鋼材與空氣中的O₂、CO₂和H₂O等接觸，使電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕不能發(fā)生；
故答案為：表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕或致密的氧化鋁膜將環(huán)境中的電解質(zhì)溶液與內(nèi)層金屬隔離；
（2）粗鋁含有一定量的金屬鈉和氫氣，鈉、鋁和氯氣反應(yīng)生成了氯化鈉和氯化鋁，氫氣和氯氣發(fā)生反應(yīng)生成氯化氫，其中氯化鈉熔點為801℃，較高，是固態(tài)雜質(zhì)隨氣泡上浮，氣泡的主要成分除Cl₂外還含有H₂、HCl、AlCl₃；
故答案為：HCl和AlCl₃；NaCl；
（3）鋁和氧化鐵高溫反應(yīng)生成鐵和氧化鋁，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；
故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；
（4）濾液中含有偏鋁酸根離子，通入過量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉，反應(yīng)的離子方程式AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（5）電鍍池中鍍件金屬鋁作陽極，金屬鋁失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，Al-3e^-+4Cl^-=AlCl₄^-，故答案為：Al-3e^-+4Cl^-=AlCl₄^-．

點評 本題工藝流程，設(shè)計鋁制備，工業(yè)電鍍鋁，明確鋁及其化合物性質(zhì)是解題關(guān)鍵，注意電解池工作原理題目難度中等．