Question

鋁廣泛應用于化學工業和日常生活中。工業上由鋁土礦（Al₂O₃?3H₂O的含量約為85%，其余主要為SiO₂、Fe₂O₃等）冶煉金屬鋁的流程如下。

已知拜耳法生產Al₂O₃?3H₂O的基本原理為：
Al₂O₃?3H₂O+2NaOH（aq）2NaAlO₂（aq）+4H₂O，[Al₂O₃?3H₂O也可表示為2 Al(OH)₃]
（1）操作I的名稱為        ，赤泥中除含有鋁硅酸鹽外，還含有的主要物質有             。
（2）為了提高鋁土礦的溶出速率可采取的有效措施為                                       
                                                            （任寫三點）。
（3）用化學平衡理論解釋稀釋溶液I有利于Al₂O₃?3H₂O 結晶的原因____________                                                   。
（4）為了析出Al₂O₃?3H₂O，也可向溶液I中通入過量CO₂氣體，寫出生成Al₂O₃?3H₂O的離子方程式：                                                      。
（5）為了回收赤泥附著液帶走的有用成分，工業上將用熱水洗滌后的洗液用作溶液I的稀釋劑，請指出流程圖中另一處類似的做法                                    。

Answer 1

（16分）
（1）過濾   Fe₂O₃  （共4分，各2分）
（2）將鋁土礦粉碎、加熱、攪拌、增大NaOH的濃度（任答三點即得滿分）（3分）
（3）稀釋降低了NaOH的濃度，有利于NaAlO₂或NaAl(OH)₄的水解，使平衡向結晶方向移動（或向左移動）（3分）
（4）CO₂（過量）+ AlO₂^－+2H₂O = Al（OH）₃↓+HCO₃^－ 或
2CO₂（過量）+ 2AlO₂^－+4H₂O = Al₂O₃?3H₂O↓+2HCO₃^－  （3分） 
寫下列反應也得分：
CO₂（過量）+[Al(OH) ₄]^－= Al（OH）₃↓+HCO₃^－ 或
2CO₂（過量）+2[Al(OH) ₄]^－= Al₂O₃?3H₂O↓+2HCO₃^－  （3分）
（5）將溶液III循環使用溶解鋁土礦 （3分）

解析試題分析：（1）鋁土礦中Al₂O₃?3H₂O、SiO₂都能溶于過量NaOH溶液中，而Fe₂O₃是堿性氧化物，不溶于NaOH溶液，過濾是分離固液混合物的常用方法，則操作I為過濾；赤泥中除含有鋁硅酸鹽外，還含有氧化鐵；溶液I的主要成分是偏鋁酸鈉、硅酸鈉、氫氧化鈉；（2）根據外界條件對化學反應速率的影響規律，將鋁土礦粉碎、加熱、攪拌、增大NaOH的濃度等，都能提高鋁土礦的浸出速率和浸出率；（3）溶液I中存在如下平衡：Al₂O₃?3H₂O(s)+2NaOH（aq） 2NaAlO₂（aq）+4H₂O(l)，稀釋不僅能減小氫氧化鈉的濃度，還能促進NaAlO₂的水解，使平衡左移，析出Al₂O₃?3H₂O(s)；（4）碳酸是弱酸，氫氧化鋁是兩性氫氧化物，則酸性：H₂CO₃>Al(OH)₃，碳酸鹽與過量二氧化碳、水能反應生成碳酸氫鹽，則溶液I中通入過量二氧化碳氣體的反應為CO₂（過量）+ AlO₂^－+2H₂O = Al（OH）₃↓+HCO₃^－或2CO₂（過量）+ 2AlO₂^－+4H₂O = Al₂O₃?3H₂O↓+2HCO₃^－、CO₂（過量）+[Al(OH)₄]^－= Al（OH）₃↓+HCO₃^－ 、2CO₂（過量）+2[Al(OH) ₄]^－= Al₂O₃?3H₂O↓+2HCO₃^－；（5）依題意可知，工業上常采取循環利用的方法，降低能耗、成本，提高生產效率，可以將該化學工藝流程圖中溶液III中的NaOH溶液循環使用，用于溶解鋁土礦。
考點：考查有關物質制備的化學工藝流程大題，涉及解釋粉碎固體原料的原因、判斷還原劑、根據蓋斯定律計算焓變、解釋惰性氣體的作用、燃料電池的工作原理、正極反應式、溶液pH變化情況等。