Question

4．工業中以鋁土礦（主要成分為AI₂ O₃，另含有Fe₂O₃和SiO₂）為原料冶煉鋁過程如圖所示．

試回答下列問題：
（1）實驗室里過濾用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗．
（2）操作Ⅱ中生成不溶物C的離子方程式是OH^-+CO₂=HCO₃^-；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）氧化鋁的熔點高達205℃，工業上為降低能耗，在鋁的電解冶煉時，采取的措施是加入冰晶石降低氧化鋁熔點．
（4）電解冶煉鋁時，陽極和陰極以碳素材料制成，電解過程中，陽極材料需定期進行更換，原因是陽極上生成的氧氣和C反應生成二氧化碳．
（5）為了提高綜合經濟效益，實際工業生產中常將上述反應中的相關物質循環利用．其部分轉化關系如圖所示：

①上述轉化中未涉及四種基本反應類型中的置換反應；
②寫出過程③的化學方程式：Ca（OH）₂+NaHCO₃=CaCO₃↓+NaOH+H₂O
（6）科學研究表明，人體過量吸入鋁元素會嚴重危害身體健康．請你結合實際提出兩條杜絕鋁元素過量吸人的措施：不用鋁制品炊具或不用鋁箔包裝食品．

Answer 1

分析 鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，另含有Fe₂O₃和SiO₂）中加入足量稀鹽酸，發生的反應為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，SiO₂和稀鹽酸不反應，然后過濾，所以濾液A中溶質為FeCl₃、AlCl₃、HCl，不溶物A為SiO₂；
向A溶液中加入過量NaOH溶液，發生的離子反應為Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，然后過濾，濾液B中含有NaAlO₂和NaOH，不溶物B為Fe（OH）₃，向濾液B中通過過量二氧化碳，發生的離子反應方程式為OH^-+CO₂=HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；然后過濾，得到的溶液C中溶質為NaHCO3，不溶物C是Al（OH）₃，加熱Al（OH）₃，發生的反應為
2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，電解熔融氧化鋁得到Al；
（5）碳酸鈣高溫下分解生成CaO和CO₂，CaO和H₂O反應生成Ca（OH）₂，Ca（OH）₂和NaHCO₃反應生成CaCO₃和NaOH，所以X是CaCO₃、Y是CaO、Z是Ca（OH）₂
，據此分析解答．

解答 解：鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，另含有Fe₂O₃和SiO₂）中加入足量稀鹽酸，發生的反應為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，SiO₂和稀鹽酸不反應，然后過濾，所以濾液A中溶質為FeCl₃、AlCl₃、HCl，不溶物A為SiO₂； 向A溶液中加入過量NaOH溶液，發生的離子反應為Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，然后過濾，濾液B中含有NaAlO₂和NaOH，不溶物B為Fe（OH）₃，向濾液B中通過過量二氧化碳，發生的離子反應方程式為OH^-+CO₂=HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；然后過濾，得到的溶液C中溶質為NaHCO3，不溶物C是Al（OH）₃，加熱Al（OH）₃，發生的反應為
2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，電解熔融氧化鋁得到Al，
（1）實驗室里過濾用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和漏斗，故答案為：玻璃棒；漏斗；
（2）操作Ⅱ中生成不溶物C的離子方程式是OH^-+CO₂=HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，故答案為：OH^-+CO₂=HCO₃^-；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
3）氧化鋁的熔點高達205℃，工業上為降低能耗，在鋁的電解冶煉時，采取的措施是加入冰晶石降低氧化鋁熔點，故答案為：加入冰晶石降低氧化鋁熔點；
（4）電解冶煉鋁時，陽極和陰極以碳素材料制成，電解過程中，陽極材料需定期進行更換，原因是
陽極上生成的氧氣和C反應生成二氧化碳，導致陽極材料減少，所以需要定期進行更換，
故答案為：陽極上生成的氧氣和C反應生成二氧化碳；
（5）碳酸鈣高溫下分解生成CaO和CO₂，CaO和H₂O反應生成Ca（OH）₂，Ca（OH）₂和NaHCO₃反應生成CaCO₃和NaOH，所以X是CaCO₃、Y是CaO、Z是Ca（OH）₂，
①上述轉化中，①②③分別是分解反應、化合反應、復分解反應，所以沒有涉及四個基本反應類型中的置換反應，故答案為：置換；
②過程③的化學方程式：Ca（OH）₂+NaHCO₃=CaCO₃↓+NaOH+H₂O，
故答案為：Ca（OH）₂+NaHCO₃=CaCO₃↓+NaOH+H₂O；
（6）科學研究表明，人體過量吸入鋁元素會嚴重危害身體健康，杜絕鋁元素過量吸人的措施：不用鋁制品炊具或不用鋁箔包裝食品，故答案為：不用鋁制品炊具或不用鋁箔包裝食品．

點評 本題以鋁及其化合物為載體考查物質分離和提純，綜合性較強，涉及離子方程式的書寫、物質推斷、金屬冶煉、基本操作等知識點，明確基本操作規則及儀器用途、離子方程式書寫規則、電解原理等知識點即可解答，注意：鋁應該采用電解熔融氧化鋁方法冶煉，不能采用電解熔融氯化鋁冶煉，為易錯點．