Question

【題目】鋁氫化鈉（NaAlH4）是重要的還原劑。以鋁土礦（主要成分Al2O3，含少量SiO2、Fe2O3等雜質）為原料制備NaAlH4的一種流程如圖：

已知：堿浸中SiO2轉化成難溶的Na2Al2SixO8

（1）Na2Al2SixO8用氧化物的形式表示為___（x用具體的數值表示）。

（2）過濾1得濾液的主要成分為NaOH和NaAlO2，寫出反應1中NaHCO3與NaAlO2反應的離子方程式：___。

（3）電解2生成NaHCO3和NaOH用于循環使用，寫出電解2陰極的電極反應式：___。

（4）反應3的化學方程式為___。

（5）鋁氫化鈉遇水發生劇烈反應產生大量氣泡，其反應的化學方程式為___。

（6）濾渣主要成分有Na2Al2SixO8和Fe2O3，可以采用如圖流程進行分離：

①濾渣溶于鹽酸所得的固體物質可能為___（填化學式）。

②濾渣溶于鹽酸的“酸浸率”與溫度關系如圖所示，試解釋溫度過高，“酸浸率”降低的原因___。

③已知常溫下，Ksp[Fe(OH)3]＝8.0×10-38，Al3+開始沉淀的pH為4，（溶液中離子的濃度小于1×10-5mol/L為沉淀完全），從濾液中先分離出Fe3+，應調節pH范圍為___（lg2≈0.3）。

Answer 1

【答案】Na2OAl2O32SiO2 HCO3-+AlO2-+H2O=Al(OH)3↓+CO32- 2H2O+2e-=H2↑+2OH-（或2H++2e-=H2↑） ACl3+4NaH=NaAlH4+3NaCl NaAlH4+2H2O=NaAlO2+4H2↑ H2SiO3 溫度過高，鹽酸揮發損失，從而使“酸浸率”降低 3.3<pH<4

【解析】

以鋁土礦（主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質）為原料制備鋁，由流程可知，加NaOH溶解時Fe2O3不反應，由信息可知SiO2在“堿溶”時轉化為鋁硅酸鈉沉淀，過濾得到的濾渣為Fe2O3、鋁硅酸鈉，碳酸氫鈉與偏鋁酸鈉反應生成Al(OH)3，過濾II得到Al(OH)3，灼燒生成氧化鋁，電解I為電解氧化鋁生成Al和氧氣，純鋁在氯氣中燃燒生成氯化鋁，氯化鋁再與NaH反應生成氫化鋁鈉（NaAlH4），據此分析解答。

(1)由化合物化合價的代數和為0，得x=2，Na2Al2SixO8，用氧化物的形式表示為Na2OAl2O32SiO2；

(2)HCO3-與AlO2-反應生成氫氧化鋁沉淀，反應的離子方程式為HCO3-+AlO2-+H2O=Al(OH)3↓+CO32-；

(3)電解2陰極產生H2，電極反應式為2H2O+2e-=H2↑+2OH-（或2H++2e-=H2↑）；

(4)由圖示知反應3為AlCl3與NaH反應，由原子守恒得另一種產物為NaCl，反應的方程式為ACl3+4NaH=NaAlH4+3NaCl；

(5)氫化鋁鈉遇水劇烈反應產生大量氣泡，反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應的化學方程式為NaAlH4+2H2O=NaAlO2+4H2↑；

(6)①Na2Al2SixO8為硅酸鹽，與鹽酸反應生成H2SiO3沉淀；

②由于鹽酸易揮發，所以溫度過高，濾渣溶于鹽酸的“酸浸率”會降低；

③要使Fe3+完全沉淀，即c(Fe3+)＜10-5mol/L，故c(OH-)＞==2×10-11 mol/L，利用常溫下水的離子積常數Kw=10-14，c(H+)=＜5×10-4 mol/L，故pH>3.3，而Al3+開始沉淀時的pH為4，故pH范圍為3.3<pH<4。