Question

15．粉煤灰是燃煤电厂的废渣，主要成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和C等．实验室模拟工业从粉煤灰提取活性Al₂O₃，其流程如图：

己知“烧结”过程的产物主要是：NaAlO₂、Ca₂SiO₄、NaFeO₂和Na₂SiO₃等
（1）写出“烧结“过程中铝元素转化的化学方碱Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑．
（2）操作a为冷却、研磨，其中研磨的目的是提高烧结产物浸出率．
（3）“浸出”过程中，NaFeO₂可完全水解，水解反应的离子方程式为FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-．
（4）操作b的名称是过滤，所用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒和烧杯．
（5）“碳化”时生成沉淀，沉淀的化学式为Al（OH）₃．

Answer 1

分析 粉煤灰是燃煤电厂的废渣，主要成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和C等，当加CaCO₃、Na₂CO₃进行烧结，发生Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、2CaCO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ca₂SiO₄+2CO₂↑、Fe₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑、C+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO₂，所以气体X为CO₂，操作a为冷却、研磨，加入碳酸钠溶液浸出，AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，碳酸钠溶液呈碱性，抑制偏铝酸根离子的水解，NaFeO₂可完全水解，FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-，操作b过滤出Fe（OH）₃、Ca₂SiO₄，加入氧化钙脱硅，氧化钙和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙和硅酸根离子反应生成硅酸钙沉淀，操作b过滤出硅酸钙沉淀，滤液为NaAlO₂，通入二氧化碳，碳酸酸性强于氢氧化铝，所以发生：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓，过滤出沉淀氢氧化铝，加热氢氧化铝生成氧化铝和水，电解氧化铝得到铝和氧气，据此分析．
（1）“烧结“过程中氧化铝和碳酸钠反应生成偏铝酸钠和二氧化碳；
（2）研磨能提高烧结产物浸出率；
（3）“浸出”过程中，NaFeO₂可完全水解，水解生成氢氧化铁沉淀；
（4）浸出液经过两次操作b分离沉淀，所以b为过滤，过滤用到的仪器有：玻璃棒、烧杯、铁架台、漏斗、滤纸等；
（5）碳酸酸性强于氢氧化铝，“碳化”时生成沉淀氢氧化铝．

解答 解：粉煤灰是燃煤电厂的废渣，主要成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和C等，当加CaCO₃、Na₂CO₃进行烧结，发生Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、2CaCO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ca₂SiO₄+2CO₂↑、Fe₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑、C+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO₂，所以气体X为CO₂，操作a为冷却、研磨，加入碳酸钠溶液浸出，AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，碳酸钠溶液呈碱性，抑制偏铝酸根离子的水解，NaFeO₂可完全水解，FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-，操作b过滤出Fe（OH）₃、Ca₂SiO₄，加入氧化钙脱硅，氧化钙和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙和硅酸根离子反应生成硅酸钙沉淀，操作b过滤出硅酸钙沉淀，滤液为NaAlO₂，通入二氧化碳，碳酸酸性强于氢氧化铝，所以发生：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓，过滤出沉淀氢氧化铝，加热氢氧化铝生成氧化铝和水，电解氧化铝得到铝和氧气．
（1）“烧结“过程中氧化铝和碳酸钠反应：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，
故答案为：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；
（2）“烧结”过程的产物主要是：NaAlO₂、Ca₂SiO₄、NaFeO₂和Na₂SiO₃等，操作a的下一步为浸出，操作a为冷却、研磨，所以研磨的目的是提高烧结产物浸出率，
故答案为：提高烧结产物浸出率；
（3）碳酸钠溶液呈碱性，抑制偏铝酸根离子的水解，NaFeO₂可完全水解，FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-，
故答案为：FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-；
（4）浸出液经过两次操作b分离沉淀，所以b为过滤，过滤时需要制作过滤器的漏斗、固定仪器的铁架台、引流用的玻璃棒、承接滤液的烧杯；所以还需用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒，
故答案为：过滤；漏斗、玻璃棒；     
（5）操作b过滤出硅酸钙沉淀，滤液为NaAlO₂，通入二氧化碳，碳酸酸性强于氢氧化铝，所以发生：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓，所以“碳化”时生成沉淀氢氧化铝，
故答案为：Al（OH）₃．

点评 本题考查了物质的分离、提纯的方法的应用，考查学生对工艺流程的理解、元素化合物性质等，明确各物质的性质是解本题的关键，侧重铁铝性质的考查，题目难度中等．