Question

3．鋁元素在自然界中主要存在于鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，還含有Fe₂O₃、FeO、SiO₂）中，工業(yè)上用鋁土礦制備鋁的某種化合物的工藝流程如圖1．

（1）在濾液A中加入漂白液，目的是氧化除鐵，所得濾液B顯酸性．
①檢驗(yàn)濾液B中是否還含有鐵元素的方法為取少量濾液B，加入KSCN溶液，若不變紅，再加入氯水，仍然不變紅，說明濾液B中不含鐵元素（注明試劑、現(xiàn)象）；
②由濾液B制備氯化鋁晶體涉及的操作為：邊滴加濃鹽酸邊蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌；
（2）新型鋁空氣電池具有比能量大、質(zhì)量輕、無毒和危險(xiǎn)性等優(yōu)點(diǎn)．Al電極易被NaOH溶液腐蝕，這是該電池目前未能推廣使用的原因之一，電極被腐蝕的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑
（3）對(duì)金屬制品進(jìn)行抗腐蝕處理，可延長(zhǎng)其使用壽命．圖3為鋁材表面處理的一種方法
①堿洗的目的是除去鋁材表面的自然氧化膜，原理是Al₂O₃+2OH^-═2[AlO₂]^-+H₂O（用離子方程式表示）．為將堿洗槽液中鋁元素以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列試劑中的b
a．NH₃         b．CO₂        c．NaOH      d．HNO₃
②以鋁材為陽(yáng)極，在H₂SO₄ 溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，則陽(yáng)極電極反應(yīng)為2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；取少量廢電解液，加入NaHCO₃，溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，產(chǎn)生沉淀的原因是3HCO₃^-+Al³⁺=3CO₂↑+Al（OH）₃↓．（用離子方程式表示）．

Answer 1

分析 鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，還含有Fe₂O₃、FeO、SiO₂）加入鹽酸，過濾得SiO₂沉淀，濾液A為到氯化鋁、氯化鐵、氯化亞鐵混合溶液，加入適量的漂白粉氧化除鐵得沉淀為氫氧化鐵，濾液B為氯化鋁溶液，
（1）①濾液B中如果有鐵元素，主要是氯化鐵，鐵離子可以用KSCN溶液檢驗(yàn)；
②濾液B加入濃鹽酸抑制氯化鋁的水解，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌，可得氯化鋁晶體；
（2）鋁為活潑金屬，既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)；
（3）①鋁材表面的自然氧化膜是氧化鋁，堿洗應(yīng)用了氧化鋁的兩性，故反應(yīng)離子方程式為Al₂O₃+2OH^-═2[AlO₂]^-+H₂O；因堿洗槽液中有AlO₂^-，故應(yīng)通入CO₂來回收Al（OH）₃，發(fā)生反應(yīng)2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會(huì)繼續(xù)溶解；
②鋁為陽(yáng)極，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應(yīng)式為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；HCO₃^-與H⁺反應(yīng)使H⁺濃度減小，產(chǎn)生Al（OH）₃沉淀．

解答 解：（1）①濾液B中如果有鐵元素，主要是氯化鐵，鐵離子可以用KSCN溶液檢驗(yàn)，具體方法是取少量濾液B，加入KSCN溶液，若不變紅，再加入氯水，仍然不變紅，說明濾液B中不含鐵元素，
故答案為：取少量濾液B，加入KSCN溶液，若不變紅，再加入氯水，仍然不變紅，說明濾液B中不含鐵元素；
②加入濃鹽酸抑制氯化鋁的水解，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾，洗滌，
故答案為：冷卻結(jié)晶；過濾；
（2）Al電極易被NaOH溶液腐蝕，即鋁與氫氧化鈉反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）①鋁材表面的自然氧化膜是氧化鋁，Al₂O₃具有兩性，既能與強(qiáng)堿反應(yīng)也能與強(qiáng)酸反應(yīng)生成鹽和水，堿洗除氧化膜，故反應(yīng)離子方程式為Al₂O₃+2OH^-═2[AlO₂]^-+H₂O；堿洗槽液中有AlO₂^-，故應(yīng)通入CO₂來回收Al（OH）₃，發(fā)生反應(yīng)2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會(huì)繼續(xù)溶解，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-═2[AlO₂]^-+H₂O；b；
②鋁為陽(yáng)極，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應(yīng)式為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；加入NaHCO₃溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，是由于廢電解液中含有Al³⁺，和HCO₃^-發(fā)生了互促水解．3HCO₃^-+Al³⁺=3CO₂↑+Al（OH）₃↓；或HCO₃^-與H⁺反應(yīng)使H⁺濃度減小，產(chǎn)生Al（OH）₃沉淀，
故答案為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；3HCO₃^-+Al³⁺=3CO₂↑+Al（OH）₃↓．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了鐵、鋁性質(zhì)的綜合應(yīng)用和氧化鋁提純制備流程分析應(yīng)用以及新型電池，注意電極反應(yīng)式的書寫要結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性，為易錯(cuò)點(diǎn)，題目難度中等．