Question

某地有丰富的铝土矿和石灰石资源，拟用铝土矿（主要成分是Al₂O₃,还有少量的Fe₂O₃、SiO₂）为原料冶炼铝，工艺流程如下图所示：

（1）原料A的名称是              ，可循环使用的物质的化学式式为              。

（2）如果省去步骤①，即溶解铝土矿从直接加入B溶液开始，则最终会对氧化铝的生产产生的影响是        。

（3）写步骤③的离子方程式              。

（4）步骤⑤是在铝电解槽中进行，电解槽的两极材料均用石墨，写出阴极的电极反应方程式              。

（5）工业常用阳极氧化法使铝的表面生成致密的氧化膜。如右图是铝阳极氧化实验装置图：a端是电源的         极。铝片表面形成氧化铝的原理是（用电极方程式表示）         ，         （填“能”或“不能”）用较浓NaCl溶液代替20%H₂SO₄作电解液进行铝的阳极氧化，若不能，请说明理由         。

Answer

（1）盐酸（或硫酸）（1分） CaCO3和NaOH（2分）

（2）生成的氧化铝中含有二氧化硅杂质（2分）

（3）2AlO2－＋CO2＋3H2O2Al(OH)3↓＋CO32－（2分）（或AlO2－＋CO2＋2H2OAl(OH)3↓＋HCO3－）

（4）Al3＋＋3e－Al（2分）

（5）正（1分） 2Al－6e－＋3H2OAl2O3＋6H＋ （2分） 不能（1分） 若用NaCl溶液代替硫酸，阳极会有Cl－放电产生Cl2，无法使其表面生成致密的氧化膜(其他合理答案均给分，2分)

【解析】

试题分析：（1）SiO2和盐酸不反应，Fe2O3和氢氧化钠不反应而氧化铝能反应，向偏铝酸钠中通入过量的二氧化碳可以生成氢氧化铝沉淀。由工艺流程可知步骤③通入的为二氧化碳，生成的沉淀为氢氧化铝，所以滤液②含有AlO2－．步骤②应加入氢氧化钠除去铁离子，将铝离子转化为AlO2－，所以滤液①中含有Al3＋，步骤①应为加入盐酸，除去SiO2。

滤液①中含有Al3＋、Fe3＋、Cl－、H＋等，加入氢氧化钠，除去铁离子、氢离子，将铝离子转化为AlO2－，滤液2含有AlO2－，Cl－、Na＋、，通入二氧化碳将偏铝酸根离子转化为氢氧化铝，所以滤液3中的离子主要有Na＋、OH－、Cl－、HCO3－，步骤③通入二氧化碳与AlO2－反应生成的沉淀为氢氧化铝，反应化学方程式为NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3，CaCO3CaO+CO2↑，氧化钙和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙和碳酸氢钠反应，NaHCO3+Ca(OH)2═CaCO3↓+NaOH+H2O，所以NaOH、CaCO3可再次被利用，即可循环使用。

（2）如果省去步骤①，即溶解铝土矿是从加入原料B开始，用NaOH溶液溶解铝土矿，则有部分SiO2溶解在NaOH溶液中生成硅酸钠，通入二氧化碳会生成硅酸沉淀，最后使加热制得的Al2O3混有SiO2杂质。

（3）步骤③通入二氧化碳与AlO2－反应生成的沉淀为氢氧化铝，二氧化碳少量时离子方程式为2AlO2－＋CO2＋3H2O2Al(OH)3↓＋CO32－，二氧化碳过量时离子方程式为AlO2－＋CO2＋2H2OAl(OH)3↓＋HCO3－

（4）三氧化铝熔融时电离出O2－和Al3＋，阳离子在阴极放电，所以阴极的电极反应方程式Al3＋＋3e－Al。

（5） 电解池的阳极材料是铝时，则该电极反应是铝本身失电子的过程，即2Al－6e－＋3H2OAl2O3＋6H＋，所以a端是电源的正极，阴极发生阳离子的得电子过程，在酸溶液中，为6H＋+6e－3H2。 不能用较浓溶液代替20%H2SO4作电解液进行铝的阳极氧化，若用NaCl溶液代替硫酸，阳极会有Cl－放电产生Cl2，无法使其表面生成致密的氧化膜(其他合理答案均给分，2分)

考点：以框图题形式考查铝的化合物的性质。