Question

【題目】鉀長(zhǎng)石(K2Al2Si6O16)通常也稱(chēng)正長(zhǎng)石，主要用于生產(chǎn)玻璃、陶瓷制品，還可用于制取鉀肥。某學(xué)習(xí)小組以鉀長(zhǎng)石為主要原料，從中提取氧化鋁、碳酸鉀等物質(zhì)，工藝流程如下：

回答以下問(wèn)題：

(1) 請(qǐng)以氧化物組成的形式表示鉀長(zhǎng)石的化學(xué)式為_____________

(2) 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KAlO2 和NaAlO2，寫(xiě)出Al2O3 轉(zhuǎn)化為NaAlO2 的化學(xué)方程式_____________________。

(3) 已知“浸取”時(shí)應(yīng)保持溶液呈堿性，分析其原因?yàn)?/span>____________(用離子方程式解釋)，若要提高浸取的速率，可采取的措施有_______________(回答一條)。

(4) 濾液1的主要成分是_________(填寫(xiě)化學(xué)式)

(5) 此工藝中可以循環(huán)利用的主要物質(zhì)是________、___________和水。

(6) 以石墨為電極，通過(guò)電解Al2O3 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

【答案】 K2O·Al2O3·6SiO2 Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑ AlO2-+2H2OAl(OH)3+OH- 不斷攪拌(或適當(dāng)加熱、將固體粉粹成更小的顆粒) NaHCO3；KHCO3 Na2CO3 CO2 Al3++3e-=Al 陽(yáng)

【解析】試題分析：本題以鉀長(zhǎng)石為原料提取Al2O3、K2CO3的流程為載體，考查流程的分析、硅酸鹽的表示、化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、鹽類(lèi)的水解、反應(yīng)條件的控制、鋁的冶煉。

（1）鉀長(zhǎng)石的化學(xué)式為K2Al2Si6O16，根據(jù)原子守恒，以氧化物組成的形式表示鉀長(zhǎng)石的化學(xué)式為K2O·Al2O3·6SiO2。

（2）Al2O3與Na2CO3在高溫下反應(yīng)生成NaAlO2和CO2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2↑。

（3）根據(jù)流程，浸出液中含KAlO2、NaAlO2，KAlO2、NaAlO2都屬于強(qiáng)堿弱酸鹽，溶液中存在水解平衡：AlO2-+2H2OAl（OH）3+OH-；“浸取”時(shí)保持溶液呈堿性，可抑制AlO2-的水解。若用提高浸取的速率，可采取的措施有：不斷攪拌、適當(dāng)加熱、將固體粉碎成更小的顆粒。

（4）向浸出液中通入過(guò)量CO2，發(fā)生的反應(yīng)有：CO2+KAlO2+2H2O=Al（OH）3↓+KHCO3、CO2+NaAlO2+2H2O=Al（OH）3↓+NaHCO3，過(guò)濾濾出Al（OH）3，濾液1的主要成分為KHCO3、NaHCO3。

（5）根據(jù)流程，煅燒時(shí)產(chǎn)生CO2，浸出液中需要通入CO2；結(jié)晶后得到碳酸鈉晶體，煅燒中需要Na2CO3；此工藝中可以循環(huán)利用的主要物質(zhì)是Na2CO3、CO2和水。

（6）電解池中接電源負(fù)極的一極為陰極，陰極電極反應(yīng)式為Al3++3e-=Al。以石墨為電極，電解熔融的Al2O3，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為2O2--4e-=O2↑，陽(yáng)極生成的O2與石墨反應(yīng)消耗石墨，長(zhǎng)時(shí)間電解后，需要更換新的石墨電極的是陽(yáng)極。