Question

20．工業上用鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，Fe₂O₃等）提取Al₂O₃作冶煉鋁的原料，由熔鹽電解法獲得的粗鋁中含一定量的金屬鈉和氫氣，這些雜質可采用吹氣精煉法除去，產生的尾氣經處理后可用于鋼材鍍鋁．工藝流程如圖所示：（已知：NaCl熔點為801℃；AlCl₃在181℃升華）

（1）赤泥中的主要成分是Fe₂O₃（化學式）；向濾液中通入過量CO₂所發生反應的離子方程式為AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（2）精煉前，需清除坩堝表面的氧化鐵和石英砂，防止精煉時它們分別與鋁發生置換反應產生新的雜質，則鋁和氧化鐵反應的化學方程式為Fe₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe．
（3）將Cl₂連續通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質隨氣泡上浮而除去．氣泡的主要成分除Cl₂外還含有HCl和AlCl₃．固態雜質粘附于氣泡上，在熔體表面形成浮渣，浮渣中肯定存在NaCl．
（4）鍍鋁電解池中，金屬鋁為陽極，熔融鹽電鍍液中鋁元素主要以AlCl₄^-形式存在，則陽極的電極反應式為Al-3e^-+4Cl^-=AlCl₄^-．
（5）鋼材鍍鋁后，抗腐蝕性能會大大增強，其原因是表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕或致密的氧化鋁膜將環境中的電解質溶液與內層金屬隔離．

Answer 1

分析 氫氧化鈉與氧化鐵不反應，流程分析可知，鋁土礦加入氫氧化鈉溶液浸取過濾，濾渣為氧化鐵，濾液中加入過量二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀，焙燒得到氧化鋁，氧化鋁電解得到粗鋁，粗鋁在坩堝中精煉高溫通入氯氣，將Cl₂連續通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質隨氣泡上浮而除去，得到高純鋁液，氣體冷卻得到氯化鋁固體，鍍鋁電解池中，金屬鋁為陽極，熔融鹽電鍍液中鋁元素主要以AlCl₄^-形式存在，通過電鍍在表面鍍鋁．
（1）濾液中含有偏鋁酸鈉，通入過量CO₂發生反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫根離子；
（2）根據氧化鐵和石英砂（主要成分是二氧化硅）能分別與鋁發生置換反應來書寫方程式；
（3）根據題中信息：NaCl熔點為801℃；AlCl₃在181℃升華，在結合物質之間的反應來分析；
（4）電鍍池中鍍件金屬作陽極，金屬發生氧化反應；
（5）根據氧化鋁的性質來回答．

解答 解：（1）氫氧化鈉與氧化鐵不反應，所以赤泥中的主要成分是Fe₂O₃，濾液中含有偏鋁酸鈉，通入過量CO₂所發生反應的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案為：Fe₂O₃；AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（2）氧化鐵和二氧化硅分別與鋁發生的是置換反應（單質和化合物發生反應生成新單質和化合物的反應），即鋁和氧化鐵高溫反應生成鐵和氧化鋁，反應的化學方程式為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；
故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；
（3）粗鋁含有一定量的金屬鈉和氫氣，鈉、鋁和氯氣反應生成了氯化鈉和氯化鋁，氫氣和氯氣發生反應生成氯化氫，其中氯化鈉熔點為801℃，較高，是固態雜質隨氣泡上浮，氣泡的主要成分除Cl₂外還含有HCl、AlCl₃；
故答案為：HCl、AlCl₃；NaCl；
（4）電鍍池中鍍件金屬鋁作陽極，金屬鋁失電子發生氧化反應，Al-3e^-+4Cl^-=AlCl₄^-；
故答案為：陽極；Al-3e^-+4Cl^-=AlCl₄^-；
（5）鋁金屬表面形成的致密氧化鋁膜具有保護作用，致密的氧化膜能隔絕鋼材與空氣中的O₂、CO₂和H₂O等接觸，使電化學腐蝕和化學腐蝕不能發生；
故答案為：表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕或致密的氧化鋁膜將環境中的電解質溶液與內層金屬隔離．

點評 本題是一道有關金屬的工業制備知識題目，考查角度廣，掌握相關物質性質和試劑作用于產物的判斷是解題關鍵，題目難度中等．