Question

7．冰晶石（Na₃ AlF₆）難溶于水，廣泛應用于鋁的冶煉．工業上用螢石（CaF₂）為原料生產Na₃ AlF₆：

回答下列問題：
（1）在鋁的冶煉中，Na₃AIF₆的作用是降低Al₂O₃的熔化溫度，增強體系的導電性．
（2）煅燒時總反應的化學方程式：CaF₂+SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃+2NaF+CO₂↑，用水浸取后殘渣的主要成分是CaSiO₃．
（3）煅燒后的固體在浸取前進行粉碎的目的是加速可溶物的溶解，為達到相同目的，常溫浸取時還可采取的措施是充分攪拌．
（4）寫出向NaF溶液中加入硫酸鋁溶液發生反應的離子方程式：3Na⁺+Al³⁺+6F^-=NaAlF₆↓．
NaF溶液呈堿性，用離子方程式表示其原因：F^-+H₂O?HF+OH^-，因此在按化學計量加入硫酸鋁溶液前，需先用硫酸將NaF溶液的pH下調至5左右，否則可能產生副產物Al（OH）₃．
（5）97.5kg含CaF₂ 80%螢石（雜質不含氟元素）理論上可生產Na₃AlF₆70kg（設生產過程中的每一步含氟物質均完全轉化）．

Answer 1

分析 工業上生產Na₃AlF₆的主要流程：氟化鈣、石英、純堿高溫煅燒：CaF₂+Na₂CO₃ +SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂↑+2NaF+CaSiO₃↓，加水浸取，殘渣為CaSiO₃，加入硫酸鋁，
硫酸鋁與NaF（aq）反應的離子方程式為：3Na⁺+6F^-+Al³⁺=Na₃AlF₆↓，過濾、洗滌、干燥得純凈的Na₃AlF₆產品，
（1）工業上用電解氧化鋁的方法冶煉鋁，由于氧化鋁的熔點較高，所以用Na₃AIF₆降低Al₂O₃的熔化溫度，增強體系的導電性，據此答題；
（2）根據上面的分析可知殘渣的主要成分；
（3）固體在浸取前進行粉碎，增大表面積，加快反應速率；根據影響化學反應速率的因素答題；
（4）向NaF溶液中加入硫酸鋁溶液可以得到Na₃AlF₆，氟調子水解，溶液呈堿性，溶液pH較高時，鋁離子會生成氫氧化鋁沉淀；
（5）根據氟元素守恒可計算出Na₃AlF₆的質量．

解答 解：工業上生產Na₃AlF₆的主要流程：氟化鈣、石英、純堿高溫煅燒：CaF₂+Na₂CO₃ +SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂↑+2NaF+CaSiO₃↓，加水浸取，殘渣為CaSiO₃，加入硫酸鋁，
硫酸鋁與NaF（aq）反應的離子方程式為：3Na⁺+6F^-+Al³⁺=Na₃AlF₆↓，過濾、洗滌、干燥得純凈的Na₃AlF₆產品，
（1）工業上用電解氧化鋁的方法冶煉鋁，由于氧化鋁的熔點較高，所以用Na₃AIF₆降低Al₂O₃的熔化溫度，增強體系的導電性，
故答案為：降低Al₂O₃的熔化溫度，增強體系的導電性；
（2）根據上面的分析可知殘渣的主要成分為CaSiO₃，故答案為：CaSiO₃；
（3）固體在浸取前進行粉碎，增大表面積，加速可溶物的溶解，根據影響化學反應速率的因素可和，常溫浸取時還可采取的措施是 充分攪拌，
故答案為：加速可溶物的溶解； 充分攪拌；
（4）向NaF溶液中加入硫酸鋁溶液可以得到Na₃AlF₆，反應的離子方程式為，氟調子水解，溶液呈堿性，離子方程式為F^-+H₂O?HF+OH^-，溶液pH較高時，鋁離子會生成Al（OH）₃沉淀，
故答案為：3Na⁺+Al³⁺+6F^-=NaAlF₆↓；F^-+H₂O?HF+OH^-；Al（OH）₃；
（5）97.5kg含CaF₂ 80%螢石中氟元素的物質的量為$\frac{97.5×1000×80%}{78}×2$mol=2000mol，根據氟元素守恒可知，理論上可生產Na₃AlF₆的質量為210×2000×$\frac{1}{6}$g=70kg，
故答案為：70．

點評 本題考查了Na₃AlF₆的制備，涉及物質的分離與提純、離子反應方程式的書寫、化學計算，理解原理以及熟練綜合應用元素化合物知識是解答關鍵，題目難度中等．