Question

5．鋁是一種重要的金屬，在生產(chǎn)、生活中具有許多重要的用途．眉山市電解鋁廠位于三蘇故里修文鄉(xiāng)，現(xiàn)已經(jīng)形成年產(chǎn)33萬噸電解鋁，配套年產(chǎn)15萬噸陽極碳塊的規(guī)模．該廠用鋁土礦為原料制備鋁的工藝流程如下：
已知：①鋁土礦的主要成分是 Al₂O₃，此外還含有少量CuO、Fe₂O₃ 等雜質(zhì)．②電解冶煉鋁時用碳棒作陽極，用Na₃AlF₆作助熔劑，電解熔融的Al₂O₃．
回答下列問題：
（1）寫出鋁土礦與 A 溶液反應(yīng)的化學方程式Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O．
（2）濾渣 C的主要成分為CuO、Fe₂O₃；實驗室過濾時使用的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒．
（3）生成過程中，除CaO、H₂O可以循環(huán)使用外，還可以循環(huán)使用的物質(zhì)有CaCO₃、CO₂、NaOH（填化學式）．
（4）寫出過量CO₂通入濾液C生成D的離子方程式CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（5）若生產(chǎn)54噸鋁，放出平均摩爾質(zhì)量為36g•mol^-1的氣體（經(jīng)測定氣體中不含O₂），則消耗陽極24噸．

Answer 1

分析 鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量CuO、Fe₂O₃ 等雜質(zhì)，先用A溶液溶解鋁土礦，則A溶液為NaOH溶液，過濾后得到的濾渣C為CuO、Fe₂O₃；濾液C中溶質(zhì)為偏鋁酸鈉；偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳氣體，反應(yīng)生成沉淀D氫氧化鋁沉淀和濾液D碳酸鈉溶液；濾液D中進入氧化鈣生成碳酸鈣沉淀，過濾后得到碳酸鈣沉淀，碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳氣體；溶液A中溶質(zhì)為氫氧化鈉；加熱沉淀D氫氧化鋁分解生成氧化鋁，電解氧化鋁得到金屬鋁，
（1）氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
（2）CuO、Fe₂O₃等雜質(zhì)不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，過濾后得到的濾渣C為CuO、Fe₂O₃；根據(jù)過濾操作方法判斷使用的儀器；
（3）根據(jù)用鋁土礦為原料制備鋁的工藝流程及分析判斷可以循環(huán)使用的物質(zhì)；
（4）濾液C中含有偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸鈉；
（5）產(chǎn)生的氣體中不含氧氣，放出氣體平均摩爾質(zhì)量為36g•mol^-1，說明生成的氣體是一氧化碳和二氧化碳的混合物，設(shè)一氧化碳的物質(zhì)的量為x、二氧化碳的物質(zhì)的量為y，根據(jù)電子守恒及平均摩爾質(zhì)量列式計算出二氧化碳和一氧化碳的物質(zhì)的量，再利用質(zhì)量守恒定律計算出C的質(zhì)量．

解答 解：鋁土礦的主要成分是Al₂O₃，此外還含有少量CuO、Fe₂O₃ 等雜質(zhì)，先用A溶液溶解鋁土礦，則A溶液為NaOH溶液，過濾后得到的濾渣C為CuO、Fe₂O₃；濾液C中溶質(zhì)為偏鋁酸鈉；偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳氣體，反應(yīng)生成沉淀D氫氧化鋁沉淀和濾液D碳酸鈉溶液；濾液D中進入氧化鈣生成碳酸鈣沉淀，過濾后得到碳酸鈣沉淀，碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳氣體；溶液A中溶質(zhì)為氫氧化鈉；加熱沉淀D氫氧化鋁分解生成氧化鋁，電解氧化鋁得到金屬鋁，
（1）鋁土礦中的氧化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，反應(yīng)的離子方程式為：2OH^-+Al₂O₃═2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：2OH^-+Al₂O₃═2AlO₂^-+H₂O；
（2）CuO、Fe₂O₃不和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，過濾得到濾渣為CuO、Fe₂O₃；過濾操作使用的玻璃儀器有：燒杯、漏斗、玻璃棒，
故答案為：CuO、Fe₂O₃；燒杯、漏斗、玻璃棒；
（3）根據(jù)分析可知，可以循環(huán)利用的物質(zhì)有：CaO、H₂O、CaCO₃、CO₂、NaOH，所以除CaO、H₂O可以循環(huán)使用外，還可以循環(huán)使用的物質(zhì)有：CaCO₃、CO₂、NaOH，
故答案為：CaCO₃、CO₂、NaOH；
（4）濾液C中含有偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉與二氧化碳反應(yīng)的離子方程式為：CO₂+AlO₂^-+2 H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：CO₂+AlO₂^-+2 H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（5）54t鋁的物質(zhì)的量為：$\frac{54×1{0}^{6}}{27g/mol}$=2×10⁶mol，
產(chǎn)生的氣體中不含氧氣，放出氣體平均摩爾質(zhì)量為36g•mol^-1，說明生成的氣體是一氧化碳和二氧化碳的混合物，根據(jù)電子守恒可知，從氧化鋁得到金屬鋁得到的電子與陽極C與氧氣反應(yīng)生成一氧化碳、二氧化碳時轉(zhuǎn)移電子數(shù)相同，
設(shè)一氧化碳的物質(zhì)的量為x、二氧化碳的物質(zhì)的量為y，則根據(jù)電子守恒可得：①2x+4y=2×10⁶mol×3，根據(jù)氣體平均摩爾質(zhì)量可得：②$\frac{28x+44y}{x+y}$=36，根據(jù)①②可得：x=y=10⁶mol，根據(jù)C原子守恒，陽極消耗的C的質(zhì)量為：12g/mol×（10⁶mol+10⁶mol）=24×10⁶g=24t，
故答案為：24．

點評 本題考查了鋁及其化合物的性質(zhì)，題目難度中等，涉及化學實驗基本操作方法的應(yīng)用、離子方程式的書寫、化學計算、鋁及其化合物性質(zhì)等知識，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力．