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9.如图是传统的工业生产金属铝的基本流程图.结合铝生产的流程图回答下列问题:
(1)工业冶炼金属铝用的是铝土矿,铝土矿的主要成分是Al2O3(填化学式).石油炼制和煤的干馏产品石墨(或碳)(填物质名称)作电解铝的阴极和阳极材料.
(2)在金属铝的冶炼中加入冰晶石和氟化钙的目的是降低Al2O3的熔融温度,减少熔融电解质的能耗.
(3)在冶炼过程中,阳极材料需要定期进行更换,原因是氧化铝溶解并和部分冰晶石发生反应生成Al2OF62-,写出该反应的离子方程式Al2O3+4AlF63-═3Al2OF62-+6F-.若电解的总反应为2Al2O3+3C$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3CO2+4Al,则阳极的电极反应式为C+2Al2OF62-+12F--4e-═CO2+4AlF63-
(4)冰晶石能在碱性溶液中分解,写出冰晶石与足量NaOH溶液反应生成两种钠盐的化学方程式Na3AlF6+4NaOH═6NaF+NaAlO2+2H2O.
(5)已知生产1mol铝消耗的电能为1.8×106J,9g铝制饮料罐可回收能量为0.2kJ,则铝制饮料罐的热回收效率η=0.033%.(热回收效率=回收能量/生产耗能×100%)

分析 传统的工业生产金属铝的基本流程为:萤石主要成分为氟化钙,萤石中加入冰晶石和氟化钙,降低三氧二化铝熔化时所需的温度,电解氧化铝得到铝和氧气,石油炼制和煤的干馏产品中石墨(或碳)可以作为惰性电极电解冶炼铝,电解得到的铝净化、澄清铸锭.
(1)工业上用氧化铝冶炼金属铝,据此确定铝土矿的成分;冶炼铝的电解槽中的阴极和阳极材料均为惰性电极;
(2)冰晶石能溶解Al2O3晶体,被用作助熔剂降低Al2O3的熔点;
(3)氧化铝溶解并和部分冰晶石发生反应生成Al2OF62-,依据电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式;
(4)冰晶石能在碱性溶液中分解,冰晶石与足量NaOH溶液反应生成两种钠盐分别为偏铝酸钠和氟化钠,结合原则守恒配平书写化学方程式;
(5)生产9g铝制饮料罐消耗的电能=$\frac{9g}{27g/mol}$×1.8×103KJ,热回收效率=$\frac{回收能量}{生产耗能}$×100%.

解答 解:传统的工业生产金属铝的基本流程为:萤石主要成分为氟化钙,萤石中加入冰晶石和氟化钙,降低三氧二化铝熔化时所需的温度,电解氧化铝得到铝和氧气,石油炼制和煤的干馏产品中石墨(或碳)可以作为惰性电极电解冶炼铝,电解得到的铝净化、澄清铸锭.
(1)工业上用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝,冶炼金属铝时用的主要冶炼是铝土矿,说明铝土矿的主要成分是Al2O3,电解法冶炼金属铝需要使用惰性电极,石油炼制和煤的干馏产品中石墨(或碳)可以作为惰性电极电解冶炼铝;
故答案为:Al2O3;石墨(或碳);
(2)Al2O3属于离子晶体,熔点较高,加入冰晶石和氟化钙,熔融的冰晶石和氟化钙能溶解Al2O3晶体,所以其在电解冶炼铝时被用作助熔剂,降低三氧二化铝熔化时所需的温度,在金属铝的冶炼中加入冰晶石和氟化钙的目的是降低Al2O3的熔点,减少熔融电解质的能耗;
故答案为:降低Al2O3的熔点,减少熔融电解质的能耗;
(3)氧化铝溶解并和部分冰晶石发生反应生成Al2OF62-,依据电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式为:Al2O3+4AlF63-═3Al2OF62-+6F-; 若电解的总反应为2Al2O3+3C$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3CO2+4Al,电解池中阳极上是元素化合价升高失电子发生氧化反应,则阳极的电极反应式:C+2 Al2OF62-+12F--4e-═CO2+4 AlF63-
故答案为:Al2O3+4AlF63-═3Al2OF62-+6F-;C+2Al2OF62-+12F--4e-═CO2+4AlF63-
(4)冰晶石与足量NaOH溶液反应生成两种钠盐分别为偏铝酸钠和氟化钠,结合原则守恒配平书写化学方程式为:Na3AlF6+4NaOH═6NaF+NaAlO2+2H2O;
故答案为:Na3AlF6+4NaOH═6NaF+NaAlO2+2H2O;
(5)已知生产1mol铝消耗的电能为1.8×106J,9g铝制饮料罐可回收能量为0.2kJ,生产9g铝制饮料罐消耗的电能=$\frac{9g}{27g/mol}$×1.8×103KJ,则铝制饮料罐的热回收效率η=$\frac{回收能量}{生产耗能}$×100%=$\frac{0.2KJ}{\frac{9}{27}×1.8×1{0}^{3}KJ}$×100%=0.033%,
故答案为:0.033%.

点评 本题考查化学工艺流程、电解原理等,题目难度中等,理解工艺流程是解题的关键,需要学生基本扎实的据此与运用知识分析解决问题的能力.注意复杂离子方程式和化学方程式的书写方法应用.

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