07 微专题4 工业冶炼铝 必修 第一册 第三章 铁 金属材料

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07 微专题4 工业冶炼铝 必修 第一册 第三章 铁 金属材料

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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(  )
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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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