Question

鋁可以從鋁土礦中獲取，鋁土礦是不純凈的鋁的氧化物（雜質(zhì)為Fe₂O₃和SiO₂），它是非再生資源。假如我們對(duì)鋁的消費(fèi)保持現(xiàn)有速度，我們能獲得生產(chǎn)足夠的鋁所需的鋁土礦僅能維持30年左右。由此看來，保護(hù)現(xiàn)有自然資源和對(duì)非再生資源的再利用，是值得我們考慮的。但是在廢物回收過程中，仍有相當(dāng)大的難度，其關(guān)鍵的因素主要涉及舊金屬的收集與其他廢物的分離、回收和提煉金屬的費(fèi)用、金屬本身的價(jià)值等（已知1 mol電子電量約為10⁵ C）。

（1）試說明回收鋁的過程中存在的困難。

（2）為什么金的回收率比鋁的回收率要大得多？

（3）常溫下，SiO₂同強(qiáng)堿或強(qiáng)酸是很難反應(yīng)的，現(xiàn)利用鹽酸、氫氧化鈉溶液、氮?dú)�、二氧化碳和水，從鋁土礦中提取純凈的Al₂O₃。試設(shè)計(jì)一個(gè)適用于工業(yè)生產(chǎn)上提純Al₂O₃的實(shí)驗(yàn)方案，用化學(xué)方程式表示提純的過程。

（4）制取1 mol Al理論上需要多少庫侖的電量？

（5）假定用6V的直流電源進(jìn)行電解，制2.7噸鋁需要多少千焦的電能？（請(qǐng)列式并計(jì)算）

（6）在1.01×10⁵Pa，27 ℃時(shí)，每生產(chǎn)1 mol Al，理論上在陽極生成O₂的體積為多少升？（請(qǐng)列式并計(jì)算）

（7）如果每度電的費(fèi)用為0.60元，試計(jì)算生產(chǎn)廠家每生產(chǎn)1噸鋁需付出的電費(fèi)為多少元？（1度電=3 600 kJ）（請(qǐng)列式計(jì)算）

Answer 1

思路解析：（1）回收鋁的過程中存在的困難是：①人們的環(huán)境意識(shí)薄弱；②回收和提煉金屬的費(fèi)用較高；③鋁同其他廢物的分離較困難；④鋁本身價(jià)值并不高；⑤舊金屬的收集缺乏專門的機(jī)構(gòu)。

（2）因?yàn)榻鸨蠕X的價(jià)值要高，另一方面，金活動(dòng)性弱，容易回收。

（3）因?yàn)镕e₂O₃和SiO₂與強(qiáng)堿都不反應(yīng)，因此可把鋁土礦溶于強(qiáng)堿溶液中，過濾除去雜質(zhì)，即得到偏鋁酸鈉溶液，往濾液中加酸即可得氫氧化鋁沉淀，由于氫氧化鋁沉淀可和強(qiáng)酸反應(yīng)，所以要得到較多的沉淀，最好加弱酸，方程式表示為：

①Al₂O₃+2NaOH2NaAlO₂+H₂O

②NaAlO₂+CO₂+2H₂OAl（OH）₃↓+NaHCO₃

③2Al（OH）₃Al₂O₃+3H₂O

（4）這是一個(gè)涉及氧化還原反應(yīng)的問題。氧化鋁要被還原成單質(zhì)鋁，化合價(jià)必須從+3價(jià)降低到0價(jià)，即要得到1 mol Al必須轉(zhuǎn)移3 mol的電子，所需電量為3×10⁵ C。

（5）直接代入物理有關(guān)電能的計(jì)算公式，可得：2.7×10⁶/27×3×10⁵×6×10^-3 kJ=1.8×10⁸ kJ。

（6）根據(jù)電解方程：2Al₂O₃4Al+3O₂，每產(chǎn)生1 mol Al的同時(shí)生成0.75 mol O₂，由于此狀態(tài)是非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，要求氧氣的體積還要進(jìn)行體積的轉(zhuǎn)化。300×0.75×22.4/273=18.5 L。

（7）1×10⁶/27×3×10⁵×6×10^-3/3 600×0.6=1.1×10⁴

答案：（1）略  （2）略  （3）①Al₂O₃+2NaOH2NaAlO₂+H₂O，②NaAlO₂+CO₂+2H₂OAl（OH）₃↓+NaHCO₃，③2Al（OH）₃Al₂O₃+3H₂O。（4）3×10⁵ C。（5）1.8×10⁸ kJ。（6）18.5 L。（7）1.1×10⁴（元）。