(12分)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,Fe2O3等)提取Al2O3做冶炼铝的原料,由熔盐电解法获得的粗铝中含一定量的金属钠和氢气,这些杂质可采用吹气精炼法除去,产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。工艺流程如下图所示:
(已知:NaCl熔点为801℃;AlCl3在181℃升华)
(1)向滤液中通入过量CO2所发生反应的离子方程式为 。
(2)精炼前,需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂,防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质,则铝和氧化铁反应的化学方程式为 。
(3)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体,杂质随气泡上浮而除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有______。固态杂质粘附于气泡上,在熔体表面形成浮渣,浮渣中肯定存在________。
(4)镀铝电解池中,金属铝为阳极,熔融盐电镀液中铝元素主要以AlCl4-形式存在,则阳极的电极反应式为_____________。
(5)钢材镀铝后,抗腐蚀性能会大大增强,其原因是_____________。
(12分)
(1) AlO2— +2H2O +CO2=Al(OH)3↓+HCO3—(2分)
(2)Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe(2分)
(3)HCl和AlCl3 (2分) NaCl(2分)
(4)Al-3e-+4Cl-= AlCl4-(2分)
(5)表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀,或致密的氧化铝膜将环境中的电解质溶液与内层金属隔离 (2分)
题目分析:(1)滤液中含有AlO2— ,通入CO2,生成Al(OH)3沉淀,离子方程式为:AlO2— +2H2O +CO2=Al(OH)3↓+HCO3—
(2)铝在高温条件下,把Fe2O3还原为Fe,化学方程式为:Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe
(3)因为粗铝中含有氢气,所以与Cl2反应生成AlCl3和H2,AlCl3在181℃升华,所以气泡的主要成分除Cl2外还含有HCl和AlCl3;粗铝中含有Na,与Cl2反应生成NaCl,NaCl熔点为801℃,所以浮渣中肯定存在NaCl。
(4)Al失电子生成AlCl4-,电极方程式为:Al-3e-+4Cl-= AlCl4-
(5)Al在空气中与O2反应生成Al2O3,表面形成的致密氧化铝膜,能防止钢材腐蚀。