铝可以从铝土矿中获取,铝土矿是不纯净的铝的氧化物(杂质为Fe2O3和SiO2),它是非再生资源。假如我们对铝的消费保持现有速度,我们能获得生产足够的铝所需的铝土矿仅能维持30年左右。由此看来,保护现有自然资源和对非再生资源的再利用,是值得我们考虑的。但是在废物回收过程中,仍有相当大的难度,其关键的因素主要涉及旧金属的收集与其他废物的分离、回收和提炼金属的费用、金属本身的价值等(已知1 mol电子电量荷约为105 C)。
(1)试说明回收铝的过程中存在的困难。_____________________
(2)为什么金的回收率比铝的回收率要大得多?_________________
(3)常温下,SiO2同强碱或强酸是很难反应的,现利用盐酸、氢氧化钠溶液、氮气、二氧化碳和水,从铝土矿中提取纯净的Al2O3。试设计一个适用于工业生产上提纯Al2O3的实验方案,用化学方程式表示提纯的过程。_____________________
(4)制取1 mol Al理论上需要多少库仑的电荷量?___________________
(5)假定用6 V的直流电源进行电解,制2.7吨铝需要多少千焦的电能?(请列式并计算)
(6)在1.01×105 Pa,27 ℃时,每生产1 mol Al,理论上在阳极生成O2的体积为多少升?(请列式并计算)
(7)如果每度电的费用为0.60元,试计算生产厂家每生产1吨铝需付出的电费为多少元。(1度电=3 600 kJ)(请列式计算)
(1)回收铝的过程中存在的困难是:①人们的环境意识薄弱;②回收和提炼金属的费用较高;③铝同其他废物的分离较困难;④铝本身价值并不高;⑤旧金属的收集缺乏专门的机构
(2)金比铝价值要高,另一方面,金活动性弱,容易回收
(3)Fe2O3和SiO2与强碱都不反应,因此可把铝土矿溶于强碱溶液中,过滤除去杂质,即得到偏铝酸钠溶液,往滤液中加酸即可得氢氧化铝沉淀,由于氢氧化铝沉淀可和强酸反应,所以要得到较多的沉淀,最好加弱酸,方程式表示为:
①Al2O3+2NaOH====2NaAlO2+H2O
②NaAlO2+CO2+2H2O====Al(OH)3↓+NaHCO3
③2Al(OH)3====Al2O3+3H2O
(4)这是一个涉及氧化还原反应的问题。氧化铝要被还原成单质铝,化合价必须从+3降低到0,即要得到1 mol Al必须转移3 mol的电子,所需电荷量为3×105C。
(5)直接代入物理中有关电能的计算公式,可得:2.7×106/27×3×105×6×10-3kJ=1.8×108kJ
(6)根据电解方程:2Al2O3====4Al+3O2↑,每产生1 mol Al的同时生成0.75 mol O2,由于此状态是非标准状态,要求氧气的体积还要进行体积的转化。300×0.75×22.4/273=18.5L
(7)1×106/27×3×105×6×10-3/3600×0.6=1.1×104