Question

（15分）用磷灰石制磷肥的副產品六氟硅酸鈉(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。下圖是工業制鋁的流程圖：

（1）工業上從鋁土礦制備較高純度Al₂O₃的主要工藝流程需__________個環節，第一步反應的方程式______________________________________________________________
（2）該制備工藝中有兩次過濾操作，過濾操作①的濾液是________溶液，濾渣是________    。
（3）分解脫硅和合成冰晶石化學反應方程式分別為：_________________、____________________。
（4）工藝過程中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，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循環使用     理論正好，因有損耗均需補充
（5）88．7% 

試題分析：（1）工業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轉化為AlO₂^-,再向該溶液中加足量的硝酸或硫酸，這時Al變為Al³⁺．然后加入足量的氨水得到Al(OH)₃沉淀，將其過濾出來，洗滌干凈并烘干。最后灼燒Al(OH)₃得到純凈的Al₂O₃。因此需要三個環節。第一步反應的方程式Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O。（2）該制備工藝中有兩次過濾操作，有流程圖可知：在過濾操作①的濾液是NaF；濾渣是SiO₂；（3）分解脫硅化學反應方程式是2Na₂CO₃+Na₂SiF₆=SiO₂↓+2CO₂↑+ 6NaF；合成冰晶石化學反應方程式分別為：6NaF +NaAlO₂+2CO₂=Na₃AlF₆↓+2Na₂CO₃ ；（4）工藝過程中③和④的目的是Na₂CO₃和CO₂循環使用，提高物質的利用率、節能、環保。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。而在實際應用使由于物質的利用率不可能100%，所以均需補充。（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%．