Question

鋁可以從鋁土礦中獲取，鋁土礦是不純凈的鋁的氧化物（雜質為Fe₂O₃和SiO₂），它是非再生資源。假如我們對鋁的消費保持現有速度，我們能獲得生產足夠的鋁所需的鋁土礦僅能維持30年左右。由此看來，保護現有自然資源和對非再生資源的再利用，是值得我們考慮的。但是在廢物回收過程中，仍有相當大的難度，其關鍵的因素主要涉及舊金屬的收集與其他廢物的分離、回收和提煉金屬的費用、金屬本身的價值等。

（1）試說明回收鋁的過程中存在的困難。

（2）為什么金的回收率比鋁的回收率要大得多？

（3）常溫下，SiO₂同強堿或強酸是很難反應的，現利用鹽酸、氫氧化鈉溶液、氮氣、二氧化碳和水，從鋁土礦中提取純凈的Al₂O₃。試設計一個適用于工業生產上提純Al₂O₃的實驗方案，用化學方程式表示提純的過程。

（4）制取1 mol Al理論上需要多少庫侖的電量（已知1 mol電子電量約為10⁵C）？

（5）假定用6 V的直流電源進行電解，制2.7噸鋁需要多少千焦的電能？（請列式并計算）

（6）在1.01×10⁵ Pa，27 ℃時，每生產1 mol Al，理論上在陽極生成O₂的體積為多少升？（請列式并計算）

（7）如果每度電的費用為0.60元，試計算生產廠家每生產1噸鋁需付出的電費為多少元。（1度電=3 600 kJ）（請列式計算）

Answer 1

（1）回收鋁的過程中存在的困難是：①人們的環境意識薄弱；②回收和提煉金屬的費用較高；③鋁同其他廢物的分離較困難；④鋁本身價值并不高；⑤舊金屬的收集缺乏專門的機構。（2）金比鋁的價值要高，另一方面，金活動性弱，容易回收。

（3）①Al₂O₃+2NaOH

（4）需電量為3×10⁵ C。

（5）1.8×10⁸ kJ。

（6）18.5 L。

（7）11000（元）

解析:

（1）回收鋁的過程中存在的困難是：①人們的環境意識薄弱；②回收和提煉金屬的費用較高；③鋁同其他廢物的分離較困難；④鋁本身價值并不高；⑤舊金屬的收集缺乏專門的機構。

（2）因為金比鋁的價值要高，另一方面，金活動性弱，容易回收。

（3）因為Fe₂O₃和SiO₂與強堿都不反應，因此可把鋁土礦溶于強堿溶液中，過濾除去雜質，即得到偏鋁酸鈉溶液，往濾液中加酸即可得氫氧化鋁沉淀，由于氫氧化鋁沉淀可和強酸反應，所以要得到較多的沉淀，最好加弱酸，方程式表示為：

①Al₂O₃+2NaOH2NaAlO₂+H₂O

②NaAlO₂+CO₂+2H₂OAl（OH）₃↓+NaHCO₃

③2Al（OH）₃Al₂O₃+3H₂O

（4）這是一個涉及氧化還原反應的問題。氧化鋁要被還原成單質鋁，化合價必須從+3降低到0，即要得到1 mol Al必須轉移3 mol的電子，所需電量為3×10⁵ C。

（5）直接代入物理有關電能的計算公式，可得：2.7×10⁶/27×3×10⁵×6×10^-3 kJ=1.8×10⁸ kJ。

（6）根據電解方程：2Al₂O₃4Al+3O₂↑，每產生1 mol Al的同時生成0.75 mol O₂，由于此狀態是非標準狀態，要求氧氣的體積還要進行體積的轉化。300×0.75 mol×22.4 L·mol^-1/273=18.5 L。

（7）1×10⁶/27×3×10⁵×6×10^-3/3 600×0.6=11 000（元）。