Question

8．鋁元素是生產(chǎn)、生活中應用廣泛的金屬元素．
（1）氧化鋁是一種耐高溫材料，也是工業(yè)上制取鋁的原料．由鋁土礦（主要成分Al₂O₃，含SiO₂、Fe₂O₃、MgO等雜質(zhì)）制取氧化鋁的兩種工藝流程如圖所示（忽略濾液離子對固體的干擾）．

回答下列問題：
①固體X的成分是Fe₂O₃、MgO（填化學式）．
②固體A的用途是制玻璃、陶瓷、水泥、光導纖光導纖維等（答兩條）；用A制粗硅的化學方程式為SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑．
③在濾液D中通入過量CO₂，寫出D中含鋁化合物與其反應的離子方程式2H₂O+AlO₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
④工業(yè)上常用石墨作陽極電解氧化鋁制鋁，電解過程中，需要不斷補充陽極材料，原因是陽極產(chǎn)生的氧氣在高溫下易與石墨反應從而不斷消耗陽極材料．
（2）科學家制備出了一種室溫下為熔融狀態(tài)的鹽，該鹽由有機陽離子、Al₂Cl₇^-和AlCl₄^-組成，利用電解法電解該鹽制鋁能耗低、效益高．已知電解過程中不生成其他離子且有機陽離子不參與反應，則陰極的電極方程式為4Al₂Cl₇^-+3e^-=7AlCl₄^-+Al．
（3）試對上述制備氧化鋁的甲、乙兩流程進行簡單評價流程甲所用試劑較乙多且操作較繁瑣，但生成的Al₂O₃純度高，流程乙所得Al₂O₃產(chǎn)率較甲高（含少量SiO₂）但純度低．

Answer 1

分析 鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，還含有SiO₂、Fe₂O₃）是工業(yè)上制備氧化鋁的主要原料，
流程甲：向鋁土礦中加入過量稀鹽酸，發(fā)生的反應為Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O、Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，二氧化硅不反應，所以固體A為SiO₂，濾液中溶質(zhì)為FeCl₃、AlCl₃、MgCl₂、HCl，向濾液B中加入過量NaOH，發(fā)生的反應為FeCl₃+3NaOH=3NaCl+Fe（OH）₃↓、AlCl₃+4NaOH=3NaCl+NaAlO₂+2H₂O、MgCl₂+2NaOH=2NaCl+Mg（OH）₂↓、HCl+NaOH=NaCl+H₂O，所以沉淀C是Fe（OH）₃、Mg（OH）₂，濾液D中溶質(zhì)為NaCl、NaAlO₂、NaOH，向溶液中通入過量二氧化碳，發(fā)生的反應為NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃、NaOH+CO₂=NaHCO₃，所以沉淀F為Al（OH）₃，濾液E中溶質(zhì)為NaHCO₃，灼燒沉淀F發(fā)生的化學反應方程式為2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O；
向鋁土礦中加入過量燒堿溶液，發(fā)生的反應為Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，氧化鐵、氧化鎂不反應，所以固體X為Fe₂O₃、MgO，濾液Y中成分為NaAlO₂、Na₂SiO₃、NaOH，通入過量二氧化碳時，發(fā)生的反應為NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃、NaOH+CO₂=NaHCO₃、Na₂SiO₃+2CO₂+2H₂O=2NaHCO₃+H₂SiO₃↓，所以沉淀Z為Al（OH）₃、H₂SiO₃，濾液K中溶質(zhì)為NaHCO₃，灼燒沉淀Z得到氧化鋁，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）①向鋁土礦中加入過量燒堿溶液，發(fā)生的反應為Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，氧化鐵、氧化鎂不反應，所以固體X為Fe₂O₃、MgO；
故答案為：Fe₂O₃、MgO；
②固體A為SiO₂，可用于制玻璃、陶瓷、水泥、光導纖維等；用SiO₂制粗硅的化學方程式為SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
故答案為：制玻璃、陶瓷、水泥、光導纖光導纖維等；SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
③濾液D中溶質(zhì)為NaCl、NaAlO₂、NaOH，向溶液中通入過量二氧化碳，含鋁化合物與其反應的離子方程式為2H₂O+AlO₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案為：2H₂O+AlO₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
④工業(yè)上常用石墨作陽極電解氧化鋁制鋁，電解過程中，需要不斷補充陽極材料，原因是陽極產(chǎn)生的氧氣在高溫下易與石墨反應從而不斷消耗陽極材料；
故答案為：陽極產(chǎn)生的氧氣在高溫下易與石墨反應從而不斷消耗陽極材料；
（2 ）電鍍過程中不產(chǎn)生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，則陰極反應生成鋁是發(fā)生的還原反應，鋁元素化合價降低，分析離子液體成分，結(jié)合電荷守恒分析可知是Al₂Cl₇^-得到電子生成，電極反應為：4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-；
故答案為：4Al₂Cl₇^-+3e^-=7AlCl₄^-+Al；
（3）比較上述制備氧化鋁的甲、乙兩流程：流程甲所用試劑較乙多且操作較繁瑣，但生成的Al₂O₃純度高；流程乙所得Al₂O₃產(chǎn)率較甲高（含少量SiO₂）但純度低；
故答案為：流程甲所用試劑較乙多且操作較繁瑣，但生成的Al₂O₃純度高，流程乙所得Al₂O₃產(chǎn)率較甲高（含少量SiO₂）但純度低．

點評 本題考查物質(zhì)分離和提純的綜合應用，為高頻考點，明確流程圖中發(fā)生的反應及物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，難點是正確書寫離子方程式、各濾液成分的判斷，題目難度中等．