Question

铝广泛应用于化学工业和日常生活中。工业上由铝土矿(Al₂O₃·3H₂O的含量约为85%,其余主要为SiO₂、Fe₂O₃等)冶炼金属铝的流程如下。

已知拜耳法生产Al₂O₃·3H₂O的基本原理为:

Al₂O₃·3H₂O+2NaOH(aq)2NaAlO₂(aq)+4H₂O,[Al₂O₃·3H₂O也可表示为2 Al(OH)₃]

(1)操作Ⅰ的名称为　　　　,赤泥中除含有铝硅酸盐外,还含有的主要物质有 　　　　。

(2)为了提高铝土矿的溶出速率可采取的有效措施为                      　(任写三点)。

(3)用化学平衡理论解释稀释溶液Ⅰ有利于Al₂O₃·3H₂O 结晶的原因                。

(4)为了析出Al₂O₃·3H₂O,也可向溶液Ⅰ中通入过量CO₂气体,写出生成Al₂O₃·3H₂O的离子方程式:                                              　。

(5)为了回收赤泥附着液带走的有用成分,工业上将用热水洗涤后的洗液用作溶液Ⅰ的稀释剂,请指出流程图中另一处类似的做法　                             。

Answer

(1)过滤 Fe2O3

(2)将铝土矿粉碎、加热、搅拌、增大NaOH的浓度(任答三点即可)

(3)稀释降低了NaOH的浓度,有利于NaAlO2的水解,使平衡向结晶方向移动(或向左移动)

(4)CO2(过量)+Al+2H2OAl(OH)3↓+HC

或2CO2(过量)+2Al+4H2OAl2O3·3H2O↓+2HC

【解析】流程原理分析如下:铝土矿(Al2O3、SiO2、Fe2O3)经NaOH溶液处理,Al2O3、SiO2转化为NaAlO2和铝硅酸盐,然后过滤,滤出Fe2O3和铝硅酸盐成为赤泥。对于NaAlO2溶液,用所给已知反应知经稀释,NaOH浓度降低,使NaAlO2的水解平衡向结晶方向移动(或向左移动),从而得到Al(OH)3(Al2O3·3H2O),然后煅烧去水得到Al2O3,电解熔融Al2O3得到金属Al。在促使Al(OH)3(Al2O3·3H2O)析出的过程中也可采取通入CO2气体的方法,通过反应CO2(过量)+Al+2H2O Al(OH)3↓+HC得到Al(OH)3。溶液Ⅱ主要是析出Al(OH)3后,残留有NaAlO2的NaOH溶液,经蒸发浓缩可以继续溶解铝土矿。