Question

14．由熔鹽電解法獲得的粗鋁含有一定量的金屬鈉和氫氣，這些雜質可采用吹氣精煉法除去，產生的尾氣經處理后可用于剛才鍍鋁．工藝流程如下：

（注：NaCl熔點為801℃；AlCl₃在181℃升華）
（1）精煉前，需清除坩堝表面的氧化鐵和石英砂，防止精煉時它們分別與鋁發生置換反應產生新的雜質，相關的化學方程式為①2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe和②4Al+3SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Si+2Al₂O₃
（2）將Cl₂連續通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質隨氣泡上浮除去．氣泡的主要成分除Cl₂外還含有H₂、HCl、AlCl₃；固態雜質粘附于氣泡上，在熔體表面形成浮渣，浮渣中肯定存在NaCl
（3）在用廢堿液處理A的過程中，所發生反應的例子方程式為Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O、H⁺+OH^-=H₂O．
（4）鋼材鍍鋁后能防止鋼材腐蝕，其原因是致密的氧化膜能隔絕鋼材與空氣中的O₂、CO₂和H₂O等接觸，使電化學腐蝕和化學腐蝕不能發生
（5）鋁與過量NaOH溶液反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．反應后溶液中通入過量CO₂，所發生反應的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．

Answer 1

分析 粗鋁700°C通入氯氣在坩堝中精煉，將Cl₂連續通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質隨氣泡上浮除去，氣泡的主要成分除Cl₂外還含有H₂、HCl、AlCl₃，除渣得到高純鋁液和尾氣，高純鋁液冷卻得到高純鋁錠，尾氣冷凝得到氣體A為Cl₂，廢堿液回收得到回收液；B固體加入氯化鈉氯化鉀加熱得到熔融鹽電鍍得到鍍鋁制品，
（1）根據氧化鐵和石英砂（主要成分是二氧化硅）能分別與鋁發生置換反應來書寫方程式；
（2）根據題中信息：NaCl熔點為801℃；AlCl₃在181℃升華，在結合物質之間的反應來分析；
（3）酸性氣體能和強堿反應，用燒堿來處理尾氣；
（4）鋁金屬表面形成的致密氧化鋁膜具有保護作用；
（5）鋁與過量NaOH溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，偏鋁酸鈉溶液中通入過量CO₂，會生成氫氧化鋁沉淀，據此答題；

解答 解：粗鋁700°C通入氯氣在坩堝中精煉，將Cl₂連續通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質隨氣泡上浮除去，氣泡的主要成分除Cl₂外還含有H₂、HCl、AlCl₃，除渣得到高純鋁液和尾氣，高純鋁液冷卻得到高純鋁錠，尾氣冷凝得到氣體A為Cl₂，廢堿液回收得到回收液；B固體加入氯化鈉氯化鉀加熱得到熔融鹽電鍍得到鍍鋁制品，
（1）氧化鐵和二氧化硅分別與鋁發生的是置換反應（單質和化合物發生反應生成新單質和化合物的反應），即2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe，4Al+3SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Si+2Al₂O₃，
故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；4Al+3SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Si+2Al₂O₃；
（2）粗鋁含有一定量的金屬鈉和氫氣，鈉、鋁和氯氣反應生成了氯化鈉和氯化鋁，氫氣和氯氣發生反應生成氯化氫，其中氯化鈉熔點為801℃，較高，是固態雜質隨氣泡上浮，氣泡的主要成分除Cl₂外還含有H₂、HCl、AlCl₃，
故答案為：H₂、HCl、AlCl₃；NaCl；
（3）A中有氯氣以及氯化氫，均能和燒堿反應，用于尾氣處理，實質為：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，H⁺+OH^-=H₂O，
故答案為：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O、H⁺+OH^-=H₂O；
（4）鋁金屬表面形成的致密氧化鋁膜具有保護作用，致密的氧化膜能隔絕鋼材與空氣中的O₂、CO₂和H₂O等接觸，使電化學腐蝕和化學腐蝕不能發生，
故答案為：致密的氧化膜能隔絕鋼材與空氣中的O₂、CO₂和H₂O等接觸，使電化學腐蝕和化學腐蝕不能發生；
（5）鋁與過量NaOH溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，偏鋁酸鈉溶液中通入過量CO₂，會生成氫氧化鋁沉淀，反應的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．

點評 本題考查了物質分離提純的流程分析判斷，物質性質和試劑作用于產物的判斷是解題關鍵，是一道有關金屬的工業制備知識題目，考查角度廣，難度中等．