Question

【題目】七鋁十二鈣(12CaO·7Al2O3)是新型的超導材料和發光材料，用白云石(主要含CaCO3和MgCO3)和廢Al片制備七鋁十二鈣的工藝如下：

（1）煅粉主要含MgO和________，用適量NH4NO3溶液浸取煅粉后，鎂化合物幾乎不溶，若溶液Ⅰ中c(Mg2＋)小于5×10－6mol·L－1，則濾液pH大于________[Mg(OH)2的Ksp＝5×10－12]；該工藝中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3，原因是______________。

（2）濾液Ⅰ中的陰離子有________(忽略雜質成分的影響)；若濾液Ⅰ中僅通入CO2，會生成________，從而導致CaCO3產率降低。

（3）用NaOH溶液可除去廢Al片表面的氧化膜，反應的離子方程式為_________。

（4）電解制備Al(OH)3時，電極分別為Al片和石墨，電解總反應方程式________。

（5）一種可超快充電的新型鋁電池，充放電時AlCl4－和Al2Cl7－兩種離子在Al電極上相互轉化，其他離子不參與電極反應，放電時負極Al的電極反應式為_________。

Answer 1

【答案】CaO 11 加入(NH4)2SO4會生成CaSO4微溶物，在過濾時會被除去，造成生成的CaCO3減少 NO3－和OH－ Ca(HCO3)2 2OH－＋Al2O3＝2AlO2－＋H2O 2Al＋6H2O2Al(OH)3↓＋3H2↑ Al－3e－＋7AlCl4－＝4Al2Cl7－

【解析】

(1)白云石高溫煅燒，CaCO3和MgCO3受熱分解生成CaO和MgO，煅粉主要含有CaO和MgO。若溶液Ⅰ中c(Mg2＋)小于5×10－6mol·L－1，根據Ksp＝c(Mg2＋)·c2(OH－)得：c(OH－)＞mol·L－1＝1×10－3 mol·L－1，c(H＋)＜1×10－11mol·L－1，即pH＞11。若用(NH4)2SO4代替NH4NO3，則(NH4)2SO4會與CaO反應生成CaSO4微溶物，在過濾時會被除去，造成生成的CaCO3減少。

(2)煅粉的主要成分是CaO和MgO，加入適量NH4NO3溶液浸取煅粉后，由于鎂化合物幾乎不溶，則溶液中溶質主要為生成的Ca(NO3)2和Ca(OH)2，故濾液Ⅰ中的主要陰離子為NO3－和OH－。由于濾液Ⅰ的pH大于11，溶液中含有Ca(NO3)2和少量的NH4NO3與Ca(OH)2，若僅通入CO2會生成Ca(HCO3)2，從而導致CaCO3產率降低。

(3)用NaOH溶液可除去廢Al片表面的氧化膜，反應的離子方程式為2OH－＋Al2O3＝2AlO2－＋H2O。

(4)電解制備Al(OH)3時，電極分別為Al片和石墨，電解總反應方程式2Al＋6H2O2Al(OH)3↓＋3H2↑。

(5)由題意可知，放電時負極Al失去電子與AlCl4－結合生成Al2Cl7－，其電極反應式為Al－3e－＋7AlCl4－＝4Al2Cl7－。