Question

（15分）用磷灰石制磷肥的副產(chǎn)品六氟硅酸鈉(Na₂SiF₆)可制冰晶石(Na₃AlF₆)，冰晶石是電解鋁的助熔劑,可降低氧化鋁的熔點(diǎn)。下圖是工業(yè)制鋁的流程圖：

（1）工業(yè)上從鋁土礦制備較高純度Al₂O₃的主要工藝流程需__________個(gè)環(huán)節(jié)，第一步反應(yīng)的方程式______________________________________________________________
（2）該制備工藝中有兩次過(guò)濾操作，過(guò)濾操作①的濾液是________溶液，濾渣是________    。
（3）分解脫硅和合成冰晶石化學(xué)反應(yīng)方程式分別為：_________________、____________________。
（4）工藝過(guò)程中③和④的目的是_____________________，碳酸鈉和二氧化碳是否夠用               。
（5）電解Al₂O₃制Al時(shí)，I=200kA，一天制Al 1．430 t，電解效率是多少？         

Answer 1

（1）三   Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O          
（2）NaF       SiO₂
（3）2Na₂CO₃+Na₂SiF₆=SiO₂↓+2CO₂↑+ 6NaF    6NaF +NaAlO₂+2CO₂=Na₃AlF₆↓+2Na₂CO₃    
（4）Na₂CO₃和CO₂循環(huán)使用     理論正好，因有損耗均需補(bǔ)充
（5）88．7% 

試題分析：（1）工業(yè)上從鋁土礦制備較高純度Al₂O₃的主要工藝流程，首先加足量的NaOH溶液，使Al轉(zhuǎn)化為AlO₂^-,再向該溶液中加足量的硝酸或硫酸，這時(shí)Al變?yōu)锳l³⁺．然后加入足量的氨水得到Al(OH)₃沉淀，將其過(guò)濾出來(lái)，洗滌干凈并烘干。最后灼燒Al(OH)₃得到純凈的Al₂O₃。因此需要三個(gè)環(huán)節(jié)。第一步反應(yīng)的方程式Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O。（2）該制備工藝中有兩次過(guò)濾操作，有流程圖可知：在過(guò)濾操作①的濾液是NaF；濾渣是SiO₂；（3）分解脫硅化學(xué)反應(yīng)方程式是2Na₂CO₃+Na₂SiF₆=SiO₂↓+2CO₂↑+ 6NaF；合成冰晶石化學(xué)反應(yīng)方程式分別為：6NaF +NaAlO₂+2CO₂=Na₃AlF₆↓+2Na₂CO₃ ；（4）工藝過(guò)程中③和④的目的是Na₂CO₃和CO₂循環(huán)使用，提高物質(zhì)的利用率、節(jié)能、環(huán)保。由第三步的方程式可知在理論上碳酸鈉和二氧化碳恰好完全反應(yīng)。而在實(shí)際應(yīng)用使由于物質(zhì)的利用率不可能100%，所以均需補(bǔ)充。（5）一天制Al 1．430 t，n(e-)=1．430×10⁶g÷27g/mol×3=1．6×10⁵mol．電量Q=1．6×10⁵×6．02×10²³×1．6×10^-19=1．54×10¹⁰,消耗的電能n(e-)=2×10⁵×3600×24=1．73×10¹⁰，所以電解效率是（1．54×10¹⁰÷1．73×10¹⁰）×100%=88．7%．