Question

16．粉煤灰是燃煤電廠的廢渣，主要成分為SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和C等．實驗室模擬工業從粉煤灰提取活性Al₂O₃，其流程如圖：

已知燒結過程的產物主要是：NaAlO₂、Ca₂SiO₄、NaFeO₂和Na₂SiO₃等．
（1）寫出燒結過程中鋁元素轉化的化學方程式Al₂O₃+NaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Na AlO₂+CO₂↑．
（2）操作a為冷卻、研磨，其中研磨的目的是提高燒結產物浸出率．
（3）浸出過程中，NaFeO₂可完全水解，水解反應的離子方程式為FeO₂^-+2H₂O?Fe （OH）₃↓+OH^-．
（4）操作b的名稱是過濾，所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯．
（5）“碳化”時生成氫氧化鋁沉淀，沉淀的化學式為Al（OH）₃．

Answer 1

分析 粉煤灰是燃煤電廠的廢渣，主要成分為SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和C等，當加CaCO₃、Na₂CO₃進行燒結，發生Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、2CaCO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ca₂SiO₄+2CO₂↑、Fe₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑、C+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂，所以氣體X為CO₂，操作a為冷卻、研磨，加入碳酸鈉溶液浸出，AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，碳酸鈉溶液呈堿性，抑制偏鋁酸根離子的水解，NaFeO₂可完全水解，FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-，操作b過濾出Fe（OH）₃、Ca₂SiO₄，加入氧化鈣脫硅，氧化鈣和水反應生成氫氧化鈣，氫氧化鈣和硅酸根離子反應生成硅酸鈣沉淀，操作b過濾出硅酸鈣沉淀，濾液為NaAlO₂，通入二氧化碳，碳酸酸性強于氫氧化鋁，所以發生：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓，過濾出沉淀氫氧化鋁，加熱氫氧化鋁生成氧化鋁和水，電解氧化鋁得到鋁和氧氣，據此分析．

解答 解：粉煤灰是燃煤電廠的廢渣，主要成分為SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和C等，當加CaCO₃、Na₂CO₃進行燒結，發生Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、2CaCO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ca₂SiO₄+2CO₂↑、Fe₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑、C+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂，所以氣體X為CO₂，操作a為冷卻、研磨，加入碳酸鈉溶液浸出，AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，碳酸鈉溶液呈堿性，抑制偏鋁酸根離子的水解，NaFeO₂可完全水解，FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-，操作b過濾出Fe（OH）₃、Ca₂SiO₄，加入氧化鈣脫硅，氧化鈣和水反應生成氫氧化鈣，氫氧化鈣和硅酸根離子反應生成硅酸鈣沉淀，操作b過濾出硅酸鈣沉淀，濾液為NaAlO₂，通入二氧化碳，碳酸酸性強于氫氧化鋁，所以發生：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓，過濾出沉淀氫氧化鋁，加熱氫氧化鋁生成氧化鋁和水，電解氧化鋁得到鋁和氧氣．
（1）“燒結“過程中氧化鋁和碳酸鈉反應：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，故答案為：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；
（2）“燒結”過程的產物主要是：NaAlO₂、Ca₂SiO₄、NaFeO₂和Na₂SiO₃等，操作a的下一步為浸出，操作a為冷卻、研磨，所以研磨的目的是提高燒結產物浸出率，
故答案為：提高燒結產物浸出率；
（3）碳酸鈉溶液呈堿性，抑制偏鋁酸根離子的水解，NaFeO₂可完全水解，FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-，
故答案為：FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-；
（4）浸出液經過兩次操作b分離沉淀，所以b為過濾，過濾時需要制作過濾器的漏斗、固定儀器的鐵架臺、引流用的玻璃棒、承接濾液的燒杯；所以還需用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒，
故答案為：過濾；漏斗、玻璃棒；
（5）操作b過濾出硅酸鈣沉淀，濾液為NaAlO₂，通入二氧化碳，碳酸酸性強于氫氧化鋁，所以發生：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓，所以“碳化”時生成沉淀氫氧化鋁，
故答案為：氫氧化鋁；Al（OH）₃．

點評 本題考查了物質的分離、提純的方法的應用，考查學生對工藝流程的理解、元素化合物性質等，明確各物質的性質是解本題的關鍵，難度較大．