Question

鋁元素在自然界中主要存在于鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，還含有Fe₂O₃、FeO、SiO₂）中．工業(yè)上用鋁土礦制備鋁的某種化合物的工藝流程如圖1．

（1）在濾液A中加入漂白液，目的是氧化除鐵，所得濾液B顯酸性．
①該過程中涉及某氧化還原反應如下，請完成：
□Fe²⁺+□ClO^-+

 

=□Fe（OH）₃↓+□C1^-

 

．
②由濾液B制備氯化鋁晶體涉及的操作為：邊滴加濃鹽酸邊蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、

 

（填操作名稱）、洗滌．
（2）新型鋁空氣電池具有比能量大、質量輕、無毒和危險性等優(yōu)點．
鋁空氣電池的工作原理　鋁空氣電池以高純度鋁Al（含鋁99.99%）為負極、石墨為正極，以氫氧化鈉（NaOH）水溶液為電解質（如圖2）．
請回答下列問題：
①正極反應：

 

②負極反應：

 

③Al電極易被NaOH溶液腐蝕，這是該電池目前未能推廣使用的原因之一，電極被腐蝕的離子方程為

 

．
（3）對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命．圖3為鋁材表面處理的一種方法
①堿洗的目的是除去鋁材表面的自然氧化膜，原因是_

 

（用離子方程式表示）．為將堿洗槽液中鋁以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列試劑中的

 

．
a．NH₃         b．CO₂        c．NaOH      d．HNO₃
②以鋁材為陽極，在H₂SO₄ 溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應為

 

．取少量廢電解液，加入NaHCO₃，溶液后產生氣泡和白色沉淀，產生沉淀的原因是

 

．（用離子方程式表示）

Answer 1

考點：鎂、鋁的重要化合物,化學電源新型電池,電解原理,制備實驗方案的設計

專題：電化學專題,幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）①依據(jù)流程分析，濾液中含有氯化鐵、氯化亞鐵、氯化鋁，在濾液A中加入漂白液，目的是氧化除鐵，所得濾液B顯酸性，次氯酸根離子具有氧化性氧化亞鐵離子為鐵離子在溶液中形成氫氧化鐵沉淀除去；依據(jù)氧化還原反應電子守恒和原子守恒配平計算寫出；
②加入濃鹽酸抑制氯化鋁的水解，蒸發(fā)濃縮冷卻結晶，過濾洗滌；
（2）鋁空氣燃料電池中負極反應為Al+4OH^--3e^-═AlO₂^-+2H₂O，正極反應為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，總反應為4Al+4OH^--+3O₂═4AlO₂^-+2H₂O，鋁為活潑金屬，既能與酸反應，又能與堿反應；
（3）①鋁材表面的自然氧化膜是氧化鋁，堿洗應用了氧化鋁的兩性，故反應離子方程式為Al₂O₃+2OH^-═2[AlO₂]^-+H₂O；因堿洗槽液中有AlO₂^-，故應通入CO₂來回收Al（OH）₃，發(fā)生反應2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會繼續(xù)溶解；
②鋁為陽極，會發(fā)生氧化反應，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應式為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；HCO₃^-與H⁺反應使H⁺濃度減小，產生Al（OH）₃沉淀．

解答： 解：（1）①濾液中含有氯化鐵、氯化亞鐵、氯化鋁，在濾液A中加入漂白液，目的是氧化除鐵，所得濾液B顯酸性，次氯酸根離子具有氧化性氧化亞鐵離子為鐵離子在溶液中形成氫氧化鐵沉淀除去；亞鐵離子被氧化為鐵離子在溶液中形成氫氧化鐵沉淀，次氯酸根離子被還原為氯離子；反應的兩種方程式為：2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+C1^-+4H⁺；
故答案為：2Fe²⁺+1ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+1C1^-+4H⁺；
②加入濃鹽酸抑制氯化鋁的水解，蒸發(fā)濃縮冷卻結晶，過濾，洗滌，故答案為：過濾；
（2）①電解質溶液顯堿性，該燃料電極的正極發(fā)生反應為：O₂ +2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂ +2H₂O+4e^-=4OH^-；
②鋁作負極，負極反應應該是鋁失去電子變?yōu)殇X離子，在氫氧化鈉的溶液中鋁離子繼續(xù)與過量的堿反應生成偏鋁酸根，因此負極反應為Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O；
③Al電極易被NaOH溶液腐蝕，即鋁與氫氧化鈉反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）①鋁材表面的自然氧化膜是氧化鋁，Al₂O₃具有兩性，既能與強堿反應也能與強酸反應生成鹽和水，堿洗除氧化膜，故反應離子方程式為Al₂O₃+2OH^-═2[AlO₂]^-+H₂O；堿洗槽液中有AlO₂^-，故應通入CO₂來回收Al（OH）₃，發(fā)生反應2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會繼續(xù)溶解，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-═2[AlO₂]^-+H₂O；b；
②鋁為陽極，會發(fā)生氧化反應，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應式為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；加入NaHCO₃溶液后產生氣泡和白色沉淀，是由于廢電解液中含有Al³⁺，和HCO₃^-發(fā)生了互促水解．3HCO₃^-+Al³⁺=3CO₂↑+Al（OH）₃↓；或HCO₃^-與H⁺反應使H⁺濃度減小，產生Al（OH）₃沉淀，
故答案為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；3HCO₃^-+Al³⁺=3CO₂↑+Al（OH）₃↓．

點評：本題考查了鐵、鋁性質的綜合應用和氧化鋁提純制備流程分析應用以及新型電池，注意電極反應式的書寫要結合電解質溶液的酸堿性，為易錯點，題目難度中等．