Question

5．七鋁十二鈣（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圖：

（1）煅粉主要含MgO和CaO；用適量的NH₄NO₃溶液浸取煅粉后，鎂化合物幾乎不溶，該工藝中不能用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃，原因是加入（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．
（2）濾液I中的陰離子有NO₃^-、OH^-（忽略雜質成分的影響）；若濾液I中僅通入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Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O．
（4）電解制備Al（OH）₃時，電極分別為Al片和石墨，電解總反應方程式為2Al+6H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Al（OH）₃↓+3H₂↑．

Answer 1

分析 白云石煅燒發生反應：CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，MgCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MgO+CO₂↑，在鍛粉中加入適量的NH₄NO₃溶液后，鎂化合物幾乎不溶，由于NH₄NO₃溶液水解顯酸性，與CaO反應生成Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，故過濾后溶液中含Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，將CO₂和NH₃通入濾液I中后發生反應：Ca（NO₃）₂+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄NO₃，據此分析濾液中的陰離子；若濾液Ⅰ中僅通入CO₂，會造成CO₂過量，廢鋁片加入氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉溶液，用NaOH溶液可除去廢Al片表面的氧化膜，電解制備Al（OH）₃時，電極分別為Al片和石墨，在碳酸鈉溶液中攪拌電解，得到氫氧化鋁，過濾加熱灼燒得到氧化鋁，碳酸鈣和氧化鋁共混加熱1500°C得到七鋁十二鈣，
（1）鍛粉是由白云石高溫煅燒而來；用適量NH₄NO₃溶液浸取煅粉后，鎂化合物幾乎不溶，即得Mg（OH）₂的飽和溶液，CaSO₄微溶于水；
（2）在鍛粉中加入適量的NH₄NO₃溶液后，鎂化合物幾乎不溶，由于NH₄NO₃溶液水解顯酸性，與CaO反應生成Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，故過濾后溶液中含Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，將CO₂和NH₃通入濾液I中后發生反應：Ca（NO₃）₂+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄NO₃，據此分析濾液中的陰離子；若濾液Ⅰ中僅通入CO₂，會造成CO₂過量，據此分析產物；
（3）氧化鋁和氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉和水；
（4）電解制備Al（OH）₃時，電極分別為Al片和石墨，鋁被氧化生成氫氧化鋁，陰極生成氫氣．

解答 解：白云石煅燒發生反應：CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，MgCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MgO+CO₂↑，在鍛粉中加入適量的NH₄NO₃溶液后，鎂化合物幾乎不溶，由于NH₄NO₃溶液水解顯酸性，與CaO反應生成Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，故過濾后溶液中含Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，將CO₂和NH₃通入濾液I中后發生反應：Ca（NO₃）₂+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄NO₃，據此分析濾液中的陰離子；若濾液Ⅰ中僅通入CO₂，會造成CO₂過量，廢鋁片加入氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉溶液，用NaOH溶液可除去廢Al片表面的氧化膜，電解制備Al（OH）₃時，電極分別為Al片和石墨，在碳酸鈉溶液中攪拌電解，得到氫氧化鋁，過濾加熱灼燒得到氧化鋁，碳酸鈣和氧化鋁共混加熱1500°C得到七鋁十二鈣，
（1）鍛粉是由白云石高溫煅燒而來，在煅燒白云石時，發生反應：CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，MgCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MgO+CO₂↑，故所得鍛粉主要含MgO和CaO；用適量NH₄NO₃溶液浸取煅粉后，鎂化合物幾乎不溶，即得Mg（OH）₂的飽和溶液，CaSO₄微溶于水，如果用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃，會生成CaSO₄沉淀引起Ca²⁺的損失，
故答案為：CaO；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．
（2）在鍛粉中加入適量的NH₄NO₃溶液后，鎂化合物幾乎不溶，由于NH₄NO₃溶液水解顯酸性，與CaO反應生成Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，故過濾后溶液中含Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，將CO₂和NH₃通入濾液I中后發生反應：Ca（NO₃）₂+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄NO₃，故濾液中的陰離子主要為NO₃^-，還含有OH^-；若濾液Ⅰ中僅通入CO₂，會造成CO₂過量，則會生成Ca（HCO₃）₂，從而導致CaCO₃產率降低，
故答案為：NO₃^-、OH^-；Ca（HCO₃）₂；
（3）氧化鋁和氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉和水，離子反應為Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，故答案為：Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O；
（4）電解制備Al（OH）₃時，電極分別為Al片和石墨，鋁被氧化生成氫氧化鋁，陰極生成氫氣，電解總反應方程式為2Al+6H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Al（OH）₃↓+3H₂↑，
故答案為：2Al+6H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Al（OH）₃↓+3H₂↑．

點評 本題綜合考查物質的制備以及分離提純，為高頻考點，側重于學生的分析、實驗能力的考查，注意把握物質的性質以及題給信息，難度不大．