Question

如圖是用拜耳法從鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，還含有SiO₂、Fe₂O₃等雜質）中提取Al₂O₃并生產(chǎn)無水AlCl₃的基本流程：

（1）在反應I中，SiO₂會完全形成礦渣（化學式為3Na₂O?3Al₂O₃?5SiO₂?5H₂O）進入赤泥，則溶出液的溶質主要是

 

；鋁土礦的品味常用鋁硅比（

A

S

，即礦石中Al₂O₃與SiO₂的質量比）來衡量．某種鋁土礦的

A

S

=10.2，則加入足量NaOH溶液后鋁的理論溶出率為

 

；通常要求鋁土礦的

A

S

＞10時才使用拜耳法，

A

S

過低時不用該法的主要原因是

 

．
（2）向反應I的溶出液中加入少量晶種引發(fā)反應II，析出白色沉淀，過濾后將濾液再用于溶解鋁土礦，構成拜耳法循環(huán)．反應II的化學方程式為

 

．
（3）電解時需加入冰晶石（Na₃AlF₆）作為助溶劑，用NaF和Al₂（SO₄）₃反應制備冰晶石的化學方程式為

 

；電解時用石墨做陽極，溫度維持在950℃～970℃，陽極需定期更換的原因是

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：（1）氧化鋁可與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉；結合鋁硅比和礦渣的化學式的化學式計算理論溶出率；
（2）向反應I的溶出液中加入少量晶種引發(fā)反應II，經(jīng)分解后可生成氧化鋁，可知反應Ⅱ生成Al（OH）₃；
（3）NaF和Al₂（SO₄）₃反應可生成Na₃AlF₆和Na₂SO₄；電解氧化鋁時，氧氣生成氧氣，可與石墨反應而消耗石墨．

解答： 解：（1）氧化鋁可與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉，則溶出液的溶質主要是偏鋁酸鈉；由鋁土礦的

A

S

=10.2
可計算出n（Al₂O₃）：n（SiO₂）=

10.2

102

：

1

60

=6：1=30：5，由礦渣的化學式3Na₂O?3Al₂O₃?5SiO₂?5H₂O知，其中的n（Al₂O₃）：n（SiO₂）=3：5，故有30-3=27份的Al₂O₃被溶解，即Al₂O₃溶出，轉化率為90%；若過低，則有相對較多的Al₂O₃轉化為礦渣，造成溶出率偏低，故答案為：NaAlO₂；90%；鋁的溶出率偏低；

（2）向反應I的溶出液中加入少量晶種引發(fā)反應II，經(jīng)分解后可生成氧化鋁，可知反應Ⅱ生成Al（OH）₃，應發(fā)生水解反應，方程式為NaAlO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaOH，故答案為：NaAlO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaOH；

（3）NaF和Al₂（SO₄）₃反應可生成Na₃AlF₆和Na₂SO₄，方程式為12NaF+Al₂（SO₄）₃=2Na₃AlF₆+3Na₂SO₄，電解氧化鋁時，氧氣生成氧氣，可與石墨反應而消耗石墨，故答案為：12NaF+Al₂（SO₄）₃=2Na₃AlF₆+3Na₂SO₄；陽極產(chǎn)生的氧氣與石墨反應．

點評：本題考查物質的制備，側重于學生的分析能力、實驗能力和計算能力的考查，為高頻考點，易錯點為（2），注意體會計算的思路，難度中等．