Question

某化學興趣小組利用廢棄鋁礦（含CuO、Al₂O₃及SiO₂），模擬工業上提取鋁的工藝，設計如下圖所示的簡單操作流程：

已知：部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：

沉淀物
開始沉淀	2.3	7.5	3.4
完全沉淀	3.2	9.7	4.4

 
回答下列問題：
（1）濾渣主要成分的化學式為______________________。
（2）灼燒時，用到多種硅酸鹽質的儀器，除玻璃棒、酒精燈、泥三角外，還有___________（填儀器名稱）。
（3）溶液Y中要加入稍過量原料A，原料A的化學式是_________，步驟⑤反應的離子方程式是_______________________。
（4）操作流程中③的離子方程式為_______________________。
（5）鋁電池性能優越，Al—Ag₂O電池可用作水下動力電源，其原理如圖所示：

請寫出該電池正極反應式_________________；常溫下，用該化學電源和惰性電極電解300mL氯化鈉溶液（過量），消耗27mg Al，則電解后溶液的pH＝_________（不考慮溶液體積的變化）。
（6）以熔融鹽為電鍍液可以在鋼材表面鍍鋁，鍍鋁電解池中，鋼材為________極；鍍鋁后能防止鋼材腐蝕，其原因是____________________________________。

Answer 1

（1）Cu、Fe、SiO₂（2分）
（2）坩堝（1分）
（3）NH₃?H₂O（1分）  Al³⁺+3NH₃?H₂O＝Al（OH）₃↓+3NH₄⁺（2分）
（4）2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O（2分）
（5）Ag₂O+2e^－+H₂O＝2Ag+2OH^－（2分）  12（2分）
（6）陰（1分） 在空氣中鋁表面能形成一層致密的氧化膜，從而保護鋼材不被腐蝕（2分）

試題分析：該工藝流程原理為：鋁礦加入硫酸，溶解氧化銅、氧化鋁，加入過量鐵粉，除去溶液中銅離子，過濾，濾渣中主要為Cu、Fe、SiO₂，濾液X中含有鋁離子、亞鐵離子，再加入過氧化氫，將亞鐵離子氧化為鐵離子，通過調節pH值，使鐵離子轉化為氫氧化鐵而除去，溶液Y含有鋁離子，加入氨水，將鋁離子轉化為氫氧化鋁沉淀，加熱分解得氧化鋁，電解氧化鋁生成金屬鋁。（1）濾渣主要成分的化學式為：Cu、Fe、SiO₂。（2）灼燒固體時，要用到坩堝。（3）沉淀Al³⁺的試劑為氨水，步驟⑤反應的離子方程式是：Al³⁺+3NH₃?H₂O＝Al（OH）₃↓+3NH₄⁺。（4）加入過氧化氫，將亞鐵離子氧化為鐵離子。操作③中的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂⁺2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O。（5）正極上氧化銀得電子和水反應生成銀和氫氧根離子，電極反應式為：Ag₂O+2e^－+H₂O＝2Ag+2OH^－；根據反應中得失電子數相等計算，消耗27mg Al失去電子0.003mol，則生成氫氧根離子的物質的量為0.003 mol，溶液中氫氧根離子的物質的量的濃度為0.003mol/0.3 L＝0.01 mol·L^－1，pH＝12。（6）電鍍池中鍍層金屬作陽極，待鍍金屬作陰極，故在鋼材表面鍍鋁，鍍鋁電解池中，金屬鋁為陽極，鋼材為陰極。在空氣中鋁表面能形成一層致密的氧化膜，從而保護鋼材不被腐蝕。