- 铝的冶炼
- 共16题
（化学-化学与技术）
金属铝的生产是以Al2O3为原料，在熔融状态下进行电解：2Al2O3
请回答下列问题：
（1）冰晶石（Na3AIF6）的作用是______．
（2）电解生成的金属铝是在熔融液的______（填“上层”或“下层”）．
（3）阴极和阳极均由______材料做成；电解时所消耗的电极是______（填“阳极”或“阴极”）．
（4）铝是高耗能产品，废旧铝材的回收利用十分重要．在工业上，最能体现节能减排思想的是将回收铝做成______（填代号）．
a．冰晶石 b．氧化铝 c．铝锭 d．硫酸铝．
正确答案
解析
解：（1）工业上采用电解Al2O3来制取Al，因Al2O3的熔点较高，为节约能源，因此常采用冰晶石做助熔剂来降低Al2O3的熔点；
（2）铝液、电解质（氟化铝氧化铝等混合物）都是在融熔状态下，也就是液态，铝液密度较大，所以在下层，且新铝是在下部阴极生成．我们出的铝液都是要把管伸入下部才能把铝液吸出来的；
（3）电解的阴极、阳极材料均由石墨材料做，因阳极上O2-失电子发生氧化反应生成O2，阳极材料与该极上生成的O2反应被消耗；
（4）电解产生的铝要尽量以单质形式存在，并且铝和氧气能生成一层致密的氧化物薄膜，保护内部铝继续被氧化，所以将回收铝做成铝锭最好．
故答案为：（1）降低Al2O3的熔化温度；（2）下层；（3）碳棒（或石墨）；阳极；（4）c．
工业上用铝土矿（主要成份是Al2O3，还含有Fe2O3、SiO2）提取氧化铝冶炼铝的原料（纯净的Al2O3），提取操作过程如下：
请回答下列问题：
（1）请写主要成份的化学式：滤渣A______，滤液丙中的溶质是NaCl和______．
（2）反应②中Al3+反应的离子方程式为______；反应③的离子方程式为______；反应④的化学方程式为______．
正确答案
解析
解：（1）铝土矿的成分中，氧化铁和氧化铝均能和盐酸反应得到对应的盐，只有二氧化硅和盐酸不反应，偏铝酸钠中通入过量的二氧化碳可以生成氢氧化铝白色沉淀和碳酸氢钠，
故答案为：SiO2；NaHCO3；
（2）氧化铁和氧化铝均能和盐酸反应得到对应的盐，所以滤液甲的成分是氯化铝和氯化铁，铝离子和过量的氢氧根反应为：Al3++4OH-═AlO2-+2H2O；所以滤液乙的成分是偏铝酸钠，向其中通入过量的二氧化碳，反应为：AlO2-+CO2+2H2O═Al（OH）3↓+HCO3-；氢氧化铝受热易分解，即2Al（OH）3
故答案为：Al3++4OH-═AlO2-+2H2O；AlO2-+CO2+2H2O═Al（OH）3↓+HCO3-；2Al（OH）3
铝是国民经济发展的重要材料，铝在地壳中的含量约占8%，目前我国铝消费量超过430万吨，在众多的金属中仅次于铁．请回答下问题：
（I ）实验室中用金属铝制备少量氢氧化铝，有以下3种方案：
方案1：Al
方案2：Al
方案3：
制备相同物质的量的氢氧化铝消耗酸和碱最少的是方案______．
（II）工业上冶炼铝的流程图如图所示：
在制取氧化铝的过程中，分析铝土矿和赤泥中所含Al2O3、Fe203质量分数的数据如下：
（1）书写化学方程式，反应①______，反应②______
（2）电解氧化铝生产铝时，阳极的电极反应式为______．
（3）假设其它杂质不参加反应，则每生产3.4t纯净的氧化铝，需铝土矿______t．
正确答案
解析
解：（Ⅰ）根据金属铝和酸以及和碱发生反应的化学方程式可以得出：Al～3H+～Al3+～Al（OH）3，
Al～OH-～[Al（OH）4]-，Al3++3[Al（OH）4]-=4Al（OH）3↓，所以制备相同物质的量的氢氧化铝消耗酸和碱最少的是方案3，故答案为：3；
（Ⅱ）（1）向偏铝酸钠中通入二氧化碳反应会生成氢氧化铝沉淀，即2NaAlO2+CO2+3H2O=Na2CO3+2Al（OH）3↓，碳酸钠可以和氢氧化钙发生复分解反应Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+2NaOH，
故答案为：2NaAlO2+CO2+3H2O=Na2CO3+2Al（OH）3↓；Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+2NaOH；
（2）电解池中，阳极是惰性电极时，该极上是阴离子O2-发生失电子的氧化反应：2O2--4e-=O2↑，
故答案为：2O2--4e-=O2↑；
（3）根据铝土矿中氧化铝的质量分数为55%，所以每生产3.4t纯净的氧化铝，需铝土矿的质量：
故答案为：6.18．
由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用钢材镀铝．工艺流程如下：
（注：NaCl熔点为801℃；AlCl3在181℃升华）
（1）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为①______和②______
（2）将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去．气泡的主要成分除Cl2外还含有______；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在______
（3）在用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为______
（4）镀铝电解池中，金属铝为______极，熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl4- 和Al2Cl7-形式存在，铝电极的主要电极反应式为______
（5）钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是______．
正确答案
解析
解：（1）氧化铁和二氧化硅分别与铝发生的是置换反应（单质和化合物发生反应生成新单质和化合物的反应），即2Al+Fe2O3
（2）粗铝含有一定量的金属钠和氢气，钠、铝和氯气反应生成了氯化钠和氯化铝，氢气和氯气发生反应生成氯化氢，其中氯化钠熔点为801℃，较高，是固态杂质随气泡上浮，气泡的主要成分除Cl2外还含有H2、HCl、AlCl3，故答案为：H2、HCl、AlCl3；NaCl；
（3）A中有氯气以及氯化氢，均能和烧碱反应，用于尾气处理，实质为：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O，H++OH-=H2O，故答案为：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O，H++OH-=H2O；
（4）电镀池中镀件金属铝作阳极，金属铝失电子发生氧化反应，Al+Al2Cl7--3e-=4AlCl4-，故答案为：阳极；Al+Al2Cl7--3e-=4AlCl4-；
（5）铝金属表面形成的致密氧化铝膜具有保护作用，致密的氧化膜能隔绝钢材与空气中的O2、CO2和H2O等接触，使电化学腐蚀和化学腐蚀不能发生，故答案为：致密的氧化膜能隔绝钢材与空气中的O2、CO2和H2O等接触，使电化学腐蚀和化学腐蚀不能发生．
材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础．回答下列问题：
（1）下列生产工艺能获取新型无机非金属材料的是______（填序号）．
①采用甲烷为原料，在微波和其他条件下生产金刚石
②采用传统方法用焦炭还原SiO2制备单晶硅
③在水泥生产过程中加入高炉矿渣生产特殊用途的水泥
④在玻璃生产过程中加入K、Pb生产其有特殊用途的光学玻璃
（2）某炼铁高炉中一次投入磁铁矿冶炼生铁，若该过程中转移的电子为1.60×105mol，不考虑其他的反应，也不考虑生铁中的杂质，则炼得的生铁为______t．生铁中含碳、硫等元素较多，炼钢是以生铁为原料，除去过多的碳、硫等杂质元素，其中除去硫的化学方程式为______．
（3）工业炼金属Al的工艺流程如下：
该工艺中冰晶石和氟化钙的作用是______，物质W的化学式为______；若铝土矿的纯度为60%，提取W的损失率为3%，电解时损失率为0.1%，粗铝净化时的损失率为2%，铝锭中铝的含量为99.9%，那么1.0t铝土矿可制备铝锭______t．
（4）金属腐蚀带来的损失无法估量．钢铁腐蚀多为吸氧腐蚀，其正极反应式为______，金属防腐措施很多，其中牺牲阳极（金属Zn）的阴极保护法的“阴极”反应式为______．
正确答案
解析
解：（1）A．①采用甲烷为原料，在微波和其他条件下生产的金刚石为新型无机非金属材料，故①正确；
②采用传统方法用焦炭还原SiO2制备的单晶硅为新型无机非金属材料，故②正确；
③水泥是传统无机非金属材料，故③错误；
④光学玻璃是传统无机非金属材料，故④错误；
故答案为：①②；
（2）磁性氧化铁化学式为Fe3O4，其中铁元素的平均化合价为+
故答案为：3.36；FeS+CaO
（3）Al2O3属于离子晶体，熔点较高，加入冰晶石和氟化钙，熔融的冰晶石和氟化钙能溶解Al2O3晶体，所以其在电解冶炼铝时被用作助熔剂，降低三氧二化铝熔化时所需的温度，在金属铝的冶炼中加入冰晶石和氟化钙的目的是降低Al2O3的熔点，减少熔融电解质的能耗；W是铝土矿中主要成分氧化铝，其化学式为：Al2O3；
设生成的铝锭的质量为x，根据铝元素质量守恒可得：1.0t×60%×
故答案为：降低Al2O3的熔点，减少熔融电解质的能耗；Al2O3；0.3；
（4）吸氧腐蚀中正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-；阴极为原电池的负极，锌失去电子生成锌离子，电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，
故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-；Zn-2e-=Zn2+．
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