Question

8．冰晶石是一種礦物，主要成分為六氟合鋁酸鈉（Na₃AlF₆），微溶于水，熔融的冰晶石能溶解氧化鋁，在電解鋁工業(yè)作助熔劑，制造乳白色玻璃和搪瓷的遮光劑．工業(yè)上生產(chǎn)Na₃AlF₆的主要流程如下：

試結(jié)合生產(chǎn)流程回答下列問題：
（1）浸取后的“殘渣”中一定含有的成分是CaSiO₃，硫酸鋁與NaF（aq）反應(yīng)的離子方程式為3Na⁺+6F^-+Al³⁺=Na₃AlF₆↓；
（2）為提高NaF的浸出率，煅燒后的固體在浸取前應(yīng)采取的措施為粉碎，為得到純凈的Na₃AlF₆產(chǎn)品，操作a包括的主要操作步驟為過濾→洗滌→干燥；
（3）在按化學(xué)計量加入硫酸鋁溶液前，需先用硫酸將NaF（aq）的pH下調(diào)至5左右，請解釋其原因是F^-、Al³⁺發(fā)生雙水解而生成氫氧化鋁沉淀；
（4）78kg含CaF₂80%的氟石（雜質(zhì)不含氟元素）理論上可生產(chǎn)Na₃AlF₆₅₆kg（設(shè)生產(chǎn)過程中的每一步含氟物質(zhì)均完全轉(zhuǎn)化）；
（5）碳酸化法也是工業(yè)制取Na₃AlF₆的一種方法：在偏鋁酸鈉及氟化鈉溶液中，通入足量二氧化碳即可，請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式6NaF+4CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Na₃AlF₆↓+4NaHCO₃_．

Answer 1

分析 工業(yè)上生產(chǎn)Na₃AlF₆的主要流程：氟化鈣、石英、純堿高溫煅燒：CaF₂+Na₂CO₃ +SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ CO₂↑+2NaF+CaSiO₃↓，加水浸取，殘渣為CaSiO₃，加入硫酸鋁，
硫酸鋁與NaF（aq）反應(yīng)的離子方程式為：3Na⁺+6F^-+Al³⁺=Na₃AlF₆↓，過濾、洗滌、干燥得純凈的Na₃AlF₆產(chǎn)品．
（1）根據(jù)CaF₂+Na₂CO₃ +SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ CO₂↑+2NaF+CaSiO₃↓，可知浸取后的“殘渣”中一定含有的成分是CaSiO₃，硫酸鋁與NaF（aq）反應(yīng)生成Na₃AlF₆；
（2）煅燒后的固體在浸取前進行粉碎能提高NaF的浸出率，硫酸鋁與NaF（aq）反應(yīng)生成Na₃AlF₆沉淀，需先過濾后洗滌干燥得到純凈的Na₃AlF₆產(chǎn)品；
（3）硫酸鋁為強酸弱堿鹽，氟化鈉為強堿弱酸鹽，兩者能發(fā)生雙水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀；
（4）根據(jù)氟元素守恒進行解答，3CaF₂～Na₃AlF₆；
（5）在偏鋁酸鈉及氟化鈉溶液中，通入足量二氧化碳生成六氟鋁酸鈉沉淀和碳酸氫鈉．

解答 解：（1）氟化鈣、石英、純堿高溫煅燒：CaF₂+Na₂CO₃ +SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ CO₂↑+2NaF+CaSiO₃↓，加水浸取，氟化鈉溶于水，硅酸鈣難溶于水，所以殘渣一定為硅酸鈣，硫酸鋁與NaF（aq）反應(yīng)生成Na₃AlF₆沉淀，離子反應(yīng)為：3Na⁺+6F^-+Al³⁺=Na₃AlF₆↓，
故答案為：CaSiO₃；3Na⁺+6F^-+Al³⁺=Na₃AlF₆↓；
（2）將塊狀固體進行粉碎能增大接觸面積，煅燒后的固體在浸取前進行粉碎，浸取時能提高NaF的浸出率，硫酸鋁與NaF（aq）反應(yīng)生成Na₃AlF₆沉淀，分離固體、液體用過濾進行分離，沉淀表面有雜質(zhì)需進行洗滌，然后進行干燥得到純凈的Na₃AlF₆產(chǎn)品，
故答案為：粉碎；過濾、洗滌、干燥；
（3）硫酸鋁為強酸弱堿鹽，氟化鈉為強堿弱酸鹽，兩者能發(fā)生雙水解反應(yīng)，離子反應(yīng)為：3F^-+Al³⁺+3H₂O=3HF↑+Al（OH）₃↓，為防止雙水解發(fā)生，所以加入硫酸鋁溶液前，需先用硫酸將NaF（aq）的pH下調(diào)至5左右，
故答案為：F^-、Al³⁺發(fā)生雙水解而生成氫氧化鋁沉淀；
（4）78kg含CaF₂80%的氟石n（CaF₂）=$\frac{78kg×80%}{78g/mol}$=8×10²mol，生產(chǎn)過程中的每一步含氟物質(zhì)均完全轉(zhuǎn)化，根據(jù)氟元素守恒：3CaF₂～Na₃AlF₆，n（Na₃AlF₆）=8×10²mol×$\frac{1}{3}$，m（Na₃AlF₆）=nM=8×10²mol×$\frac{1}{3}$×210g/mol=56kg，
故答案為：56kg；
（5）根據(jù)題干信息：碳酸化法也是工業(yè)制取Na₃AlF₆的一種方法，在偏鋁酸鈉及氟化鈉溶液中，通入足量二氧化碳必生成六氟鋁酸鈉沉淀，根據(jù)原子守恒，反應(yīng)為：6NaF+4CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Na₃AlF₆↓+4NaHCO₃，
故答案為：6NaF+4CO₂+NaAlO₂+2H₂O=Na₃AlF₆↓+4NaHCO₃．

點評 本題考查了Na₃AlF₆的制備，涉及物質(zhì)的分離與提純、離子反應(yīng)方程式的書寫、化學(xué)計算，理解原理以及熟練綜合應(yīng)用元素化合物知識是解答關(guān)鍵，題目難度中等．