Question

已知由鋁土礦（主要成分是Al₂O₃）煉制鋁的工藝流程示意圖1如下：

（1）電解生成的鋁在熔融液的

 

（填“上層”或“下層”），電解時不斷消耗的電極是

 

（填“陰極”或“陽極”）．
（2）寫出通入過量二氧化碳酸化時反應的離子方程式：

 

．
（3）電解制備鋁時，需加入冰晶石（Na₃AlF₆），其作用是

 

，工業上可以用氟化氫氣體、氫氧化鋁和純堿在高溫條件下發生反應來制取冰晶石，寫出該反應的化學方程式：

 

．
（4）上述工藝所得鋁中往往含有少量Fe和Si等雜質，可用電解方法進一步提純，該電解池的陰極材料是

 

（填化學式），陽極的電極反應式為

 

．
（5）對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命．
①控制一定條件進行電解（見圖2），此時鋁表面可形成耐酸的致密氧化膜，其電極反應式為

 

；
②鋼材鍍鋁后，能防止鋼材腐蝕，其原因是

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：（1）由于冰晶石（Na₃AlF₆）與氧化鋁熔融物密度比鋁的小，所以鋁在熔融液的下層，電解時陽極的碳棒被生成的氧氣氧化，電解時不斷消耗；
（2）NaAlO₂溶液中通入過量CO₂生成Al（OH）₃和NaHCO₃；
（3）Al₂O₃的熔點很高，熔化需要較多能量，加入冰晶石可以降低Al₂O₃的熔化溫度．根據質量守恒定律書寫該化學方程式；
（4）可以通過電解精煉鋁除去鋁中含有的雜質，陰極材料為Al，陽極上Al放電；
（5）①致密氧化膜為Al₂O₃，因此電極反應式為2Al-6e^-+3H₂O═Al₂O₃+6H⁺；
②鋼材鍍鋁，致密的氧化膜可以保護內層金屬，即使鍍層破損，形成原電池時，Al作為負極，仍可防止鋼材腐蝕；

解答： 解：（1）由于冰晶石（Na₃AlF₆）與氧化鋁熔融物密度比鋁的小，所以鋁在熔融液的下層．電解時陽極的碳棒被生成的氧氣氧化，電解時陽極不斷消耗；
故答案為：下層，陽極；
（2）NaAlO₂溶液中通入過量CO₂生成Al（OH）₃和NaHCO₃，反應的離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）Al₂O₃的熔點很高，熔化需要較多能量，加入冰晶石可以降低Al₂O₃的熔化溫度；工業上可以用氟化氫氣體、氫氧化鋁和純堿在高溫條件下發生反應來制取冰晶石，根據質量守恒定律書寫該化學方程式為：2Al（OH）₃+12HF+3Na₂CO₃ =2Na₃AlF₆+3CO₂+9H₂O；
故答案為：2Al（OH）₃+12HF+3Na₂CO₃ =2Na₃AlF₆+3CO₂+9H₂O；
（4）可以通過電解精煉鋁除去鋁中含有的雜質，陰極材料為Al，陽極上Al放電，該電解池的陰極材料是Al，陽極的電極反應式：Al-3e^-═Al³⁺；
故答案為：Al，Al-3e^-═Al³⁺；
（5）①生成致密氧化膜為Al₂O₃，因此電極反應式為2Al-6e^-+3H₂O═Al₂O₃+6H⁺；
故答案為：2Al-6e^-+3H₂O═Al₂O₃+6H⁺；
②鋼材鍍鋁，致密的氧化膜可以保護內層金屬，即使鍍層破損，形成原電池時，Al作為負極，仍可防止鋼材腐蝕； 
故答案為：致密的氧化鋁膜起著保護內部金屬的作用；若鍍層破損后，與電解質溶液接觸時形成原電池，鋁作負極，可防止鋼材被腐蝕；

點評：本題考查了物質轉化關系的理解應用，主要是流程分析，物質性質，電解和原電池原理的分析應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．