Question

18．国家发展改革委员会于数年前就发出“遏制铝冶炼投资反弹”的紧急通知．原因是铝冶炼属高耗能产业，而且某些铝冶炼企业以污染环境为代价，得不偿失．下面是铝和氧化铝生产的流程图：

已知：①铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质；
②溶液中的硅酸钠与四羟基合铝酸钠（偏铝酸钠在水溶液中以Na[Al（OH）₄]的形式存在）反应，能生成硅铝酸盐沉淀，化学方程式为：2Na₂SiO₃+2Na[Al（OH）₄]=Na₂Al₂Si₂O₃↓+4NaOH+2H₂O
请回答下列问题：
（1）在工业电解铝的过程中，用石油炼制和煤的干馏产品中的石墨（填物质名称）作电解铝的阴极和阳极材料．
（2）氧化铝的熔点高达2050℃，工业上为了降低能量消耗，在金属铝的冶炼中采取的措施是加入冰晶石（物质名称）．
（3）在冶炼过程中，阳极材料需要定期进行更换，原因是在电解过程中该电极材料不断被消耗，当生成2.16t铝时，最多消耗阳极1.44t．
（4）图中滤液A的主要成分为Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；滤渣A的用途有作为炼铁的原料或生产硅酸盐产品（写一种）．
（5）在生产氧化铝流程第三步“酸化”中，加入的最佳物质A是CO₂．理由是二氧化碳过量时氢氧化铝不会溶解，反应易控制且廉价．
（6）镁和铝都是活泼金属，在电解冶炼镁、铝原料的选取中，镁用氯化物、铝用氧化物的原因是因为氧化镁熔点太高，氯化镁熔点低，熔化时能发生电离导电，氯化铝是共价化合物熔化时不发生电离不能导电．

Answer 1

分析 铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质，加入足量的氢氧化钠，氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水，只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，过滤后得滤渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；滤液用二氧化碳酸化时，将NaAlO₂完全转化为Al（OH）₃，反应的离子方程式为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；过滤得氢氧化铝沉淀，灼烧得氧化铝，电解氧化铝得单质铝．
（1）冶炼铝的电解槽中的阴极和阳极材料均为惰性电极；
（2）氧化铝的熔点很高，在铝的冶炼中要加入冰晶石可以降低氧化铝的熔化温度；
（3）依据电极反应和电子守恒计算，阳极消耗是因为电解过程中生成的氧气和电极材料碳发生反应当生成一氧化碳时消耗碳最多；
（4）只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na₂Al₂Si₂O₈，依据滤渣的组成分析判断A的用途；
（5）第三步中，选用二氧化碳作酸化剂，可将Al元素全部转化为沉淀，氢氧化铝不溶于弱酸；
（6）氧化镁熔点高，氯化镁熔点低，氯化铝为共价化合物，熔化后不导电，而氧化铝为离子化合物．

解答 解：铝土矿的主要成分是Al₂O₃，此外还含有少量SiO₂、Fe₂O₃等杂质，加入足量的氢氧化钠，氧化铝、二氧化硅与NaOH溶液反应均生成盐和水，只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na₂Al₂Si₂O₈沉淀，过滤后得滤渣Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈；滤液用二氧化碳酸化时，将NaAlO₂完全转化为Al（OH）₃，反应的离子方程式为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；过滤得氢氧化铝沉淀，灼烧得氧化铝，电解氧化铝得单质铝．
（1）冶炼铝的电解槽中的阴极和阳极材料均为惰性电极，在工业电解铝的过程中，用石油炼制和煤的干馏产品中的石墨作电解铝的阴极和阳极材料，
故答案为：石墨；
（2）氧化铝的熔点很高，工业上为了降低能量消耗，在铝的冶炼中要加入冰晶石可以降低氧化铝的熔化温度，
故答案为：冰晶石；
（3）阳极消耗是因为电解过程中生成的氧气和电极材料碳发生反应生成二氧化碳，阳极电极反应为：2O^2--4e-=O₂↑，阴极电极反应为Al³⁺+3e^-=Al，结合电子守恒得到3O₂～4Al，电极消耗反应生成一氧化碳时压强消耗的碳最多，2C+O₂=2CO，
当生成2.16t铝时消耗阳极
6C～3O₂～4Al
6×12     4×27
m         2.16t
m=1.44t，
故答案为：1.44；
（4）只有氧化铁与碱不反应，结合信息②可知还生成Na₂Al₂Si₂O₈，图中滤液A的主要成分为Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈ ，依据滤渣的组成分析判断A的用途可以做炼铁的原料或生产硅酸盐产品，
故答案为：Fe₂O₃、Na₂Al₂Si₂O₈ ，炼铁的原料或生产硅酸盐产品；
（5）第三步“酸化”中，选用二氧化碳作酸化剂，过量的二氧化碳通入偏铝酸钠溶液中可将Al元素全部转化为氢氧化铝沉淀，因为氢氧化铝不溶于弱酸碳酸，且二氧化碳来源广，反应易控制廉价，
故答案为：CO₂，二氧化碳过量时氢氧化铝不会溶解，反应易控制且廉价；
（6）氧化镁熔点高，氯化镁熔点低，熔融后电离出离子能导电，工业冶炼镁是电解熔融的氯化镁，氯化铝为共价化合物，熔化后不导电，而氧化铝为离子化合物熔融可以电离出离子能导电，工业冶炼铝是电解熔融的氧化铝冰晶石熔融体，
故答案为：因为氧化镁熔点太高，氯化镁熔点低，熔化时能发生电离导电，氯化铝是共价化合物熔化时不发生电离不能导电．

点评 本题考查Al及其化合物的化学性质、物质分离提纯方法和基本操作的综合应用，注意把握流程中发生的化学反应为解答的关键，注重信息与所学知识的结合分析解决问题，侧重知识迁移应用能力的考查，题目难度中等．