Question

（16分）七铝十二钙（12CaO·7Al₂O₃）是新型的超导材料和发光材料，用白云石（主要含CaCO₃和MgCO₃）和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下：

（1）煅粉主要含MgO和      ，用适量的NH₄NO₃溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶， 若溶液I中c（Mg²⁺）小于5×10^-6mol·L^-1,则溶液pH大于     （Mg（OH）₂的Ksp=5×10^-12）；该工艺中不能用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃，原因是         。

（2）滤液I中的阴离子有         （忽略杂质成分的影响）；若滤液I中仅通入CO₂，会生成        ，从而导致CaCO₃产率降低。

（3）用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜，反应的离子方程式为              。

（4）电解制备Al（OH）₃时，电极分别为Al片和石墨，电解总反应方程式为               。

（5）一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl₄^—和Al₂Cl₇^—两种离子在Al电极上相互转化，其它离子不参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式为                           。

Answer

（1）CaO；11；加入（NH4）2SO4会生成CaSO4微溶物，在过滤时会被除去，造成生成的CaCO3减少。（2）NO3—、OH—；Ca（HCO3）2 （3）2OH—+Al2O3＝2AlO2—+H2O

（4）2Al+6H20 2Al（OH）3↓+3H2↑

（5）Al－3e－＋7 AlCl4—＝4 Al2Cl7—

【解析】（1）煅烧时CaCO3会发生分解生成CaO和CO2；煅烧MgCO3分解生成MgO和CO2；故煅粉主要含MgO和CaO；Ksp= c（Mg2+）∙c2（OH—），5×10-12=5×10-6 ×c2（OH—），得c（OH—）= 10-3mol·L-1， pH=11。由于溶液I中c（Mg2+）小于5×10-6mol·L-1，所以溶液pH大于11；不能用（NH4）2SO4代替NH4NO3的原因是加入（NH4）2SO4会生成CaSO4微溶物，在过滤时会被除去，从而造成生成的CaCO3减少。（2）从流程中看出NO3—没有被除去，故滤液I中的阴离子有NO3—，CaO溶于水生成Ca（OH）2，故溶液中还有OH—；若滤液I中仅通入CO2，过量的CO2会与CaCO3生成Ca（HCO3）2 从而导致CaCO3产率降低。（3）Al表面的氧化膜的成分是Al2O3，该物质是两性氧化物，NaOH可以与之发生反应。NaOH溶液与Al2O3反应的离子方程式为：2OH—+Al2O3＝2AlO2—+H2O；（4）电解制备Al（OH）3时，电极分别为Al片和石墨，Al作阳极，石墨作阴极。Al在阳极放电，溶液中的H+在阴极放电，破坏了水的电离平衡，使的溶液中的OH—浓度增大，与产生的Al3+结合生成Al（OH）3，总反应方程式为：2Al+6H2O 2Al（OH）3↓+3H2↑。（5）根据题意，充电和放电时AlCl4—和Al2Cl7—两种离子在Al电极上相互转化，放电时负极Al失去电子变为Al3+，与溶液中的AlCl4—结合，发生反应产生的Al2Cl7—电极反应式为：Al－3e－＋7 AlCl4—＝4 Al2Cl7—。

【考点定位】本题主要考查学生对利用物质的性质和物料守恒进行对化工流程的分析，涉及到溶度积的应用、物质的分离、物质的性质电极、电极反应的书写等。