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工业冶炼铝
【方法与技巧】
铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界主要以化合态形式存在于氧化铝中。铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3、MgO等杂质，冶炼金属铝很重要的一个过程是Al2O3的提纯。由于Al2O3是两性氧化物，而杂质SiO2是酸性氧化物，Fe2O3、MgO是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯氧化铝的方案
1．酸溶法
工艺流程
主要反应 ①Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O②Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓③AlO＋2H2O＋CO2(过量)===Al(OH)3 ↓＋HCO④2Al(OH)3Al2O3＋3H2O⑤2Al2O34Al＋3O2↑
注意事项 不用氨水沉淀Fe3＋是因为：Al(OH)3只能溶于强碱，不能溶于氨水，若用氨水则不能将Fe(OH)3和Al(OH)3分离
2．碱溶法
工艺流程
主要反应 ①Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O，SiO2＋2OH－===SiO＋H2O②AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O，SiO＋2H＋===H2SiO3↓③Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
注意事项 不用盐酸(或H2SO4)酸化，因为AlO与酸反应生成的Al(OH)3具有两性，可溶于强酸，不易控制酸的量；CO2廉价而且生成的副产物NaHCO3用途广泛，经济效益好
【课时跟踪检测】
1．工业上以铝土矿(主要成分是氧化铝，含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下，下列叙述正确的是(　　)
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A．反应①中试剂X是氢氧化钠溶液 B．试剂Y是HCl，它与AlO反应生成氢氧化铝
C．图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应 D．将X与Y试剂进行对换，最终可以达到相同结果
2．工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2、Fe2O3等杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下，对下述流程中的判断正确的是(　　)
A．试剂X为稀硫酸，沉淀中含有硅的化合物
B．反应Ⅱ中生成Al(OH)3的反应为CO2＋AlO＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
C．结合质子(H＋)的能力由弱到强的顺序是OH－>CO>AlO
D．Al2O3熔点很高，工业上还可采用电解熔融AlCl3的方法冶炼Al
3．工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图，对上述流程中的判断正确的是(　　)
A．试剂X可以是氨水，沉淀中含有铁的化合物
B．工业上可采用Fe还原Al2O3的方法制Al，但成本较高
C．反应Ⅱ中CO2可以用CH3COOH溶液代替
D．反应Ⅰ中的反应为CO2＋2AlO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO
4．以铝土矿(主要成分为Al2O3，还含少量Fe2O3、SiO2等)为主要原料生产金属铝的工艺流程如图。已知滤渣中含有硅铝酸钠(Na2Al2Si2O8)沉淀。下列说法错误的是(　　)
A．碱溶过程发生复杂的氧化还原反应
B．加入NaHCO3溶液的方程式为：NaHCO3＋NaAlO2＋H2O===Al(OH)3↓＋Na2CO3
C．X的主要溶质是Na2CO3
D．产生Al和O2的电解过程通常使用助熔剂Na3AlF6
5．工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下，对上述流程中的判断正确的是(　　)
A．试剂X可以为氨水，沉淀中含有铁的化合物
B．CO2可以用H2SO4溶液或稀盐酸代替
C．反应Ⅱ中的离子方程式为CO2＋AlO2－＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
D．工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al，成本更低
6．镓(Ga)与铝同主族，曾被称为“类铝”，其氧化物和氢氧化物均为两性化合物。工业制备镓的流程如下图所示，下列判断不合理的是(　　)
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A．Al、Ga均处于第最外层有3个电子 B．Ga2O3可与盐酸反应生成GaCl3
C．Ga(OH)3可与NaOH反应生成NaGaO2 D．酸性：Al(OH)3＞Ga(OH)3
7．实验室模拟工业上以铝土矿(含Al2O3、Fe2O3、SiO2)为原料制铵明矾NH4Al(SO4)2晶体的工艺流程如图所示，下列说法错误的是(　　)
A．固体a的化学式为SiO2
B．固体b的化学式为Fe(OH)3
C．Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为2AlO＋CO2＋3H2O===CO＋2Al(OH)3↓
D．由Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ都要用到的分离方法是过滤
8．铝氢化钠(NaAlH4)是有机合成中的一种重要还原剂。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝氢化钠的一种工艺流程如图，下列说法中错误的是(　　)
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A．为了提高“碱溶”效率，在“碱溶”前对铝土矿进行粉碎
B．“反应Ⅰ”只发生：AlO＋HCO＋H2O===CO＋Al(OH)3↓
C．“滤渣Ⅰ”的主要成分为氧化铁
D．“反应Ⅲ”的化学方程式为4NaH＋AlCl3===NaAlH4＋3NaCl
9．实验室模拟工业上以铝土矿(含Al2O3、Fe2O3、SiO2)为原料制铵明矾NH4Al(SO4)2晶体的工艺流程如图所示，下列说法错误的是(　　)
INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W674.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W674.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W674.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W674.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W674.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\大二轮 化学 通用\\word\\W674.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．固体a的化学式为SiO2
B．Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为2AlO＋CO2＋3H2O===CO＋2Al(OH)3↓
C．固体b的化学式为Fe(OH)3
D．由Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ都要用到的分离方法是过滤
10．以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3，还含有少量FeS2)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下，下列叙述不正确的是(　　)
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A．加入CaO可以减少SO2的排放同时生成建筑材料CaSO4
B．向滤液中通入过量CO2、过滤、洗涤、灼烧沉淀可制得Al2O3
C．隔绝空气焙烧时理论上反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶5
D．烧渣分离可以选择用磁铁将烧渣中的Fe3O4分离出来
11．以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2、少量FeS2)为原料，生产Fe3O4的部分工艺流程如下，下列说法错误的是(　　)
INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2021\\一轮\\化学 人教 老高考\\word\\3-112.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2021\\一轮\\化学 人教 老高考\\word\\3-112.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2021\\一轮\\化学 人教 老高考\\word\\3-112.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\马珊珊\\2021\\一轮\\化学\\化学 人教 老高考\\word\\word\\3-112.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "H:\\莫成程\\2021\\一轮\\0看PPT\\化学\\化学 人教 老高考\\word\\3-112.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "H:\\莫成程\\2021\\一轮\\0看PPT\\化学\\化学 人教 老高考\\word\\3-112.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2022版步步高《大一轮复习讲义》\\3-112.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．用NaOH溶液吸收焙烧过程产生的SO2有利于保护环境和资源再利用
B．从高硫铝土矿中可制得Al、Fe的化合物
C．向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由AlO转化为Al3＋
D．FeS2与Fe2O3混合后在无氧条件下焙烧的目的是生成Fe3O4和SO2
12．从铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量杂质)中提取铝的工艺流程及步骤如下：
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试回答下列问题：
(1)试剂X为________
(2)操作Ⅰ、操作Ⅱ均为________(填操作名称)，在实验室进行该操作时需要的玻璃仪器有___________________
(3)金属铝与氧化铁混合在高温下，会发生剧烈的反应，该反应的化学方程式为____________________________，
请举一例该反应的用途________________
(4)反应Ⅱ的离子方程式为___________________________________________________________
(5)电解熔融氧化铝制取金属铝，若有0.6 mol电子发生转移，理论上能得到金属铝的质量是________ g
13．铝土矿的主要成分是Al2O3，含有Fe2O3、SiO2等杂质，按下列操作从铝土矿中提取Al2O3。回答下列问题：
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(1)写出沉淀物的化学式：a__________；d__________；f________
(2)写出加入过量NaOH溶液时所发生主要反应的离子方程式：____________、____________
(3)写出通入气体B(过量)时溶液c中发生反应的离子方程式：___________、____________
(4)气体B能否改用试剂A代替？________(填“能”或“不能”)；原因是_____________
【工业冶炼铝】答案
1．A。解析：B项，若试剂Y是HCl，过量H＋与AlO反应生成Al3＋，错误；C项，图中所示转化只有一步是氧化还原反应2Al2O34Al＋3O2↑，错误；D项，试剂X为氢氧化钠，滤渣C为氧化铁，滤液A为偏铝酸钠和氢氧化钠混合溶液，通入过量二氧化碳气体，发生反应：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，不能对换，错误。
2．B。解析：由溶液乙通入过量的Y生成氢氧化铝沉淀、碳酸氢钠可知，溶液乙为偏铝酸钠溶液、气体Y为二氧化碳，故试剂X为氢氧化钠溶液，不可能为硫酸，故A错误；过量的二氧化碳与偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，离子方程式为CO2＋AlO＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，故B正确；结合质子的能力越强，相应的酸提供质子的能力就越弱，其对应的酸的酸性就越弱，提供质子的能力：HCO>Al(OH)3>H2O，则结合质子的能力：OH－>AlO>CO，故C错误；氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，不能采用电解熔融氯化铝的方法冶炼铝，故D错误。
3．C。解析：分析流程图可知，试剂X是氢氧化钠溶液，Al2O3溶于氢氧化钠溶液得到NaAlO2溶液，Fe2O3与氢氧化钠溶液不反应，所以反应Ⅰ过滤出的沉淀为Fe2O3，所得溶液乙为NaAlO2溶液；向NaAlO2溶液中通入过量CO2，化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，所以Y为NaHCO3溶液，Al(OH)3加热分解生成Al2O3，电解熔融Al2O3得到Al。试剂X不可以是氨水，因为沉淀中含有铁的化合物，还有铝的化合物，无法分离；故A错误；Fe不如Al活泼，与Al2O3不反应，故B错误；反应Ⅱ中CO2溶于水得碳酸，碳酸是弱酸，可以用CH3COOH溶液代替，故C正确；反应Ⅰ中的反应为Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O，故D错误。
4．A。解析：结合铝土矿的主要成分及已知信息知，碱溶过程发生反应：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O、SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，2Na2SiO3＋2NaAlO2＋2H2O===Na2Al2Si2O8↓＋4NaOH，反应过程中均未涉及化合价的变化，A项错误；加入NaHCO3溶液的方程式为：NaHCO3＋NaAlO2＋H2O===Al(OH)3↓＋Na2CO3
，B项正确；过滤后X的溶质主要为Na2CO3，C项正确；电解熔融Al2O3冶炼金属铝时，加入冰晶石(Na3AlF6)作助熔剂能降低熔融温度，减少能耗，D项正确。
5．C。解析：A项，试剂X应为强碱溶液，使Al2O3溶解；B项，若用强酸代替CO2，强酸过量时，Al(OH)3会溶解，不能保证生成Al(OH)3沉淀；D项，因Al比Fe活泼，不能用Fe置换Al。
6．D。解析：镓(Ga)与铝同主族，均处于第ⅢA族，A项正确；Ga2O3与Al2O3的性质相似，可与盐酸反应生成GaCl3，B项正确；Ga(OH)3属于两性氢氧化物，与Al(OH)3的性质相似，能与NaOH溶液反应生成NaGaO2，C项正确；在NaAlO2和NaGaO2的混合液中通入适量CO2，只有Al(OH)3沉淀，而没有Ga(OH)3沉淀，根据强酸制弱酸的原理，Ga(OH)3的酸性强于碳酸，则酸性：Al(OH)37．C。解析：SiO2不溶于盐酸，A正确；红褐色固体是Fe(OH)3，B正确；Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为AlO＋CO2＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓，C错误；Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ都要用到的分离方法是过滤，D正确。
8．B。解析：A.为了提高“碱溶”效率，在“碱溶”前对铝土矿进行粉碎，增大接触面积，A正确；B.滤液中含有过量NaOH和NaAlO2溶液，加入NaHCO3溶液后HCO分别与OH－、AlO反应，反应的离子方程式OH－＋HCO===CO ＋H2O、AlO＋HCO＋H2O===CO＋Al(OH)3↓，故B错误；C.铝土矿加NaOH溶解时，Al2O3溶解而Fe2O3不反应，则过滤所得滤渣I主要成分为氧化铁，故 C正确；D.由分析可知，“反应Ⅲ”的化学方程式为4NaH＋AlCl3===NaAlH4＋3NaCl ，故D正确；答案选B。
9．B。解析：铝土矿加过量盐酸酸溶，SiO2不溶于盐酸，则固体a是SiO2，所以A正确；NaAlO2溶液中通入足量的CO2气体应生成HCO，离子方程式为AlO＋CO2＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓，故B错误；盐酸酸溶后是FeCl3、AlCl3的混合液，加入过量的烧碱生成Fe(OH)3和NaAlO2，所以固体b是Fe(OH)3，故C正确；由Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ都是难溶性固体和溶液分离，用到的分离方法是过滤，故D正确。
10．C。解析：A项，FeS2煅烧时会生成SO2，加入CaO会与SO2反应，减少SO2的排放，而且CaSO3最后也会转化为CaSO4，不符合题意；B项，滤液为NaAlO2溶液，通入CO2，生成Al(OH)3，过滤、洗涤、煅烧可以得到Al2O3，不符合题意；C项，隔绝空气焙烧时，发生的反应为FeS2＋16Fe2O3===2SO2↑＋11Fe3O4，理论上反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶16，而不是1∶5，符合题意；D项，Fe3O4具有磁性，能够被磁铁吸引，不符合题意。
11．C。解析：C项，通入过量的二氧化碳，滤液中的AlO只能转化为氢氧化铝沉淀。
12．(1)NaOH溶液　
(2)过滤　　烧杯、漏斗、玻璃棒
(3)2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3　焊接铁轨　
(4)AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO　
(5)5.4
解析：氧化铝属于两性氧化物，能溶于强酸和强碱，所以氧化铝和氢氧化钠反应，离子方程式为：Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O，生成可溶性的偏铝酸钠和水，为溶液甲，同时得到沉淀1，二氧化碳和偏铝酸钠反应生成氢氧化铝和碳酸氢钠，离子方程式为：AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3 ↓＋HCO，沉淀2为Al(OH)3，溶液乙为NaHCO3溶液。
(5)电解氧化铝的方程式为：2Al2O34Al＋3O2↑，设得到铝的质量为x，
2Al2O3 4Al＋3O2↑　转移电子
　　　 108 g　　　　12 mol
　　　 x　　　　　　0.6 mol
108 g∶12 mol＝x∶0.6 mol，
解得x＝＝5.4 g。
13．(1)SiO2　Fe(OH)3　Al(OH)3
(2)Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－　Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
(3)CO2＋Al(OH)4]－===Al(OH)3↓＋HCO　CO2＋OH－===HCO
(4)不能　生成的氢氧化铝能够溶于强酸
解析　(1)根据流程图可知沉淀a为SiO2，沉淀b为Fe(OH)3，沉淀f为Al(OH)3。
(2)溶液b中含有铁离子和铝离子，加入过量氢氧化钠溶液后反应的离子方程式为Al3＋＋4OH－===Al(OH)4]－，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。
(3)根据流程图可知，溶液c中含有氢氧化钠和偏铝酸根，Na[Al(OH)4]]溶液与过量的CO2反应生成Al(OH)3沉淀，反应的离子方程式为CO2＋[Al(OH)4]－===Al(OH)3↓＋HCO，过量的CO2与OH－反应生成HCO，反应的离子方程式为CO2＋OH－===HCO。
(4)气体B为二氧化碳，试剂A为强酸，氢氧化铝能与过量的强酸反应而溶解，无法控制加入酸的量。
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