資源簡介

工業冶煉鋁
【方法與技巧】
鋁是地殼中含量最多的金屬元素，在自然界主要以化合態形式存在于氧化鋁中。鋁土礦的主要成分是Al2O3，此外還含有少量SiO2、Fe2O3、MgO等雜質，冶煉金屬鋁很重要的一個過程是Al2O3的提純。由于Al2O3是兩性氧化物，而雜質SiO2是酸性氧化物，Fe2O3、MgO是堿性氧化物，因而可設計出兩種提純氧化鋁的方案
1．酸溶法
工藝流程
主要反應 ①Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O②Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓③AlO＋2H2O＋CO2(過量)===Al(OH)3 ↓＋HCO④2Al(OH)3Al2O3＋3H2O⑤2Al2O34Al＋3O2↑
注意事項 不用氨水沉淀Fe3＋是因為：Al(OH)3只能溶于強堿，不能溶于氨水，若用氨水則不能將Fe(OH)3和Al(OH)3分離
2．堿溶法
工藝流程
主要反應 ①Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O，SiO2＋2OH－===SiO＋H2O②AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O，SiO＋2H＋===H2SiO3↓③Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
注意事項 不用鹽酸(或H2SO4)酸化，因為AlO與酸反應生成的Al(OH)3具有兩性，可溶于強酸，不易控制酸的量；CO2廉價而且生成的副產物NaHCO3用途廣泛，經濟效益好
【課時跟蹤檢測】
1．工業上以鋁土礦(主要成分是氧化鋁，含氧化鐵雜質)為原料冶煉鋁的工藝流程如下，下列敘述正確的是(　　)
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A．反應①中試劑X是氫氧化鈉溶液 B．試劑Y是HCl，它與AlO反應生成氫氧化鋁
C．圖中所示轉化反應中包含2個氧化還原反應 D．將X與Y試劑進行對換，最終可以達到相同結果
2．工業上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2、Fe2O3等雜質)為原料冶煉鋁的工藝流程如下，對下述流程中的判斷正確的是(　　)
A．試劑X為稀硫酸，沉淀中含有硅的化合物
B．反應Ⅱ中生成Al(OH)3的反應為CO2＋AlO＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
C．結合質子(H＋)的能力由弱到強的順序是OH－>CO>AlO
D．Al2O3熔點很高，工業上還可采用電解熔融AlCl3的方法冶煉Al
3．工業上用某種氧化鋁礦石(含Fe2O3雜質)為原料冶煉鋁的工藝流程如圖，對上述流程中的判斷正確的是(　　)
A．試劑X可以是氨水，沉淀中含有鐵的化合物
B．工業上可采用Fe還原Al2O3的方法制Al，但成本較高
C．反應Ⅱ中CO2可以用CH3COOH溶液代替
D．反應Ⅰ中的反應為CO2＋2AlO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO
4．以鋁土礦(主要成分為Al2O3，還含少量Fe2O3、SiO2等)為主要原料生產金屬鋁的工藝流程如圖。已知濾渣中含有硅鋁酸鈉(Na2Al2Si2O8)沉淀。下列說法錯誤的是(　　)
A．堿溶過程發生復雜的氧化還原反應
B．加入NaHCO3溶液的方程式為：NaHCO3＋NaAlO2＋H2O===Al(OH)3↓＋Na2CO3
C．X的主要溶質是Na2CO3
D．產生Al和O2的電解過程通常使用助熔劑Na3AlF6
5．工業上用某種氧化鋁礦石(含Fe2O3雜質)為原料冶煉鋁的工藝流程如下，對上述流程中的判斷正確的是(　　)
A．試劑X可以為氨水，沉淀中含有鐵的化合物
B．CO2可以用H2SO4溶液或稀鹽酸代替
C．反應Ⅱ中的離子方程式為CO2＋AlO2－＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
D．工業上還可采用Fe還原Al2O3的方法制Al，成本更低
6．鎵(Ga)與鋁同主族，曾被稱為“類鋁”，其氧化物和氫氧化物均為兩性化合物。工業制備鎵的流程如下圖所示，下列判斷不合理的是(　　)
INCLUDEPICTURE "E:\\馬珊珊\\2021\\一輪\\化學 人教 老高考\\word\\3-121.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\馬珊珊\\2021\\一輪\\化學 人教 老高考\\word\\3-121.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\馬珊珊\\2021\\一輪\\化學 人教 老高考\\word\\3-121.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\馬珊珊\\2021\\一輪\\化學\\化學 人教 老高考\\word\\word\\3-121.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "H:\\莫成程\\2021\\一輪\\0看PPT\\化學\\化學 人教 老高考\\word\\3-121.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "H:\\莫成程\\2021\\一輪\\0看PPT\\化學\\化學 人教 老高考\\word\\3-121.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2022版步步高《大一輪復習講義》\\3-121.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．Al、Ga均處于第最外層有3個電子 B．Ga2O3可與鹽酸反應生成GaCl3
C．Ga(OH)3可與NaOH反應生成NaGaO2 D．酸性：Al(OH)3＞Ga(OH)3
7．實驗室模擬工業上以鋁土礦(含Al2O3、Fe2O3、SiO2)為原料制銨明礬NH4Al(SO4)2晶體的工藝流程如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)
A．固體a的化學式為SiO2
B．固體b的化學式為Fe(OH)3
C．Ⅲ中通入足量CO2氣體發生反應的離子方程式為2AlO＋CO2＋3H2O===CO＋2Al(OH)3↓
D．由Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ都要用到的分離方法是過濾
8．鋁氫化鈉(NaAlH4)是有機合成中的一種重要還原劑。以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質)為原料制備鋁氫化鈉的一種工藝流程如圖，下列說法中錯誤的是(　　)
INCLUDEPICTURE"L159.TIF" INCLUDEPICTURE "F:\\甜甜\\2021年\\課件\\2022版 創新設計 二輪專題復習 化學 全國（老標準）\\L159.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "F:\\甜甜\\2021年\\課件\\2022版 創新設計 二輪專題復習 化學 全國（老標準）\\L159.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "F:\\甜甜\\2021年\\課件\\2022版 創新設計 二輪專題復習 化學 全國（老標準）\\第一篇　選擇題各個擊破\\L159.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．為了提高“堿溶”效率，在“堿溶”前對鋁土礦進行粉碎
B．“反應Ⅰ”只發生：AlO＋HCO＋H2O===CO＋Al(OH)3↓
C．“濾渣Ⅰ”的主要成分為氧化鐵
D．“反應Ⅲ”的化學方程式為4NaH＋AlCl3===NaAlH4＋3NaCl
9．實驗室模擬工業上以鋁土礦(含Al2O3、Fe2O3、SiO2)為原料制銨明礬NH4Al(SO4)2晶體的工藝流程如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)
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A．固體a的化學式為SiO2
B．Ⅲ中通入足量CO2氣體發生反應的離子方程式為2AlO＋CO2＋3H2O===CO＋2Al(OH)3↓
C．固體b的化學式為Fe(OH)3
D．由Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ都要用到的分離方法是過濾
10．以高硫鋁土礦(主要成分為Al2O3、Fe2O3，還含有少量FeS2)為原料，生產氧化鋁并獲得Fe3O4的部分工藝流程如下，下列敘述不正確的是(　　)
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A．加入CaO可以減少SO2的排放同時生成建筑材料CaSO4
B．向濾液中通入過量CO2、過濾、洗滌、灼燒沉淀可制得Al2O3
C．隔絕空氣焙燒時理論上反應消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶5
D．燒渣分離可以選擇用磁鐵將燒渣中的Fe3O4分離出來
11．以高硫鋁土礦(主要成分為Al2O3、Fe2O3、SiO2、少量FeS2)為原料，生產Fe3O4的部分工藝流程如下，下列說法錯誤的是(　　)
INCLUDEPICTURE "E:\\馬珊珊\\2021\\一輪\\化學 人教 老高考\\word\\3-112.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\馬珊珊\\2021\\一輪\\化學 人教 老高考\\word\\3-112.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\馬珊珊\\2021\\一輪\\化學 人教 老高考\\word\\3-112.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\馬珊珊\\2021\\一輪\\化學\\化學 人教 老高考\\word\\word\\3-112.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "H:\\莫成程\\2021\\一輪\\0看PPT\\化學\\化學 人教 老高考\\word\\3-112.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "H:\\莫成程\\2021\\一輪\\0看PPT\\化學\\化學 人教 老高考\\word\\3-112.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\2022版步步高《大一輪復習講義》\\3-112.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．用NaOH溶液吸收焙燒過程產生的SO2有利于保護環境和資源再利用
B．從高硫鋁土礦中可制得Al、Fe的化合物
C．向“過濾”得到的濾液中通入過量CO2，鋁元素存在的形式由AlO轉化為Al3＋
D．FeS2與Fe2O3混合后在無氧條件下焙燒的目的是生成Fe3O4和SO2
12．從鋁土礦(主要成分為Al2O3，還有少量雜質)中提取鋁的工藝流程及步驟如下：
INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\莫成程\\2019\\同步\\化學\\人教版 必修1(老教材老課標)\\WORD\\3-96.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\莫成程\\2019\\同步\\化學\\人教版 必修1(老教材老課標)\\WORD\\3-96.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\牛璐\\2019\\看PPT\\化學 人教版 必修1(老教材老課標)\\全書完整的Word版文檔\\3-96.TIF" \* MERGEFORMATINET
試回答下列問題：
(1)試劑X為________
(2)操作Ⅰ、操作Ⅱ均為________(填操作名稱)，在實驗室進行該操作時需要的玻璃儀器有___________________
(3)金屬鋁與氧化鐵混合在高溫下，會發生劇烈的反應，該反應的化學方程式為____________________________，
請舉一例該反應的用途________________
(4)反應Ⅱ的離子方程式為___________________________________________________________
(5)電解熔融氧化鋁制取金屬鋁，若有0.6 mol電子發生轉移，理論上能得到金屬鋁的質量是________ g
13．鋁土礦的主要成分是Al2O3，含有Fe2O3、SiO2等雜質，按下列操作從鋁土礦中提取Al2O3。回答下列問題：
INCLUDEPICTURE "F:\\2019\\源文件\\魯科 通用\\3-55.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\隨志文\\2019\\大一輪\\化學 魯科 通用\\3-55.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\隨志文\\2019\\大一輪\\化學 魯科 通用\\3-55.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\隨志文\\2019\\大一輪\\化學\\化學 魯科 通用\\word\\3-55.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\隨志文\\2019\\大一輪\\化學\\化學 魯科 通用\\word\\3-55.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\張紅\\看PPT\\2019\\一輪\\化學魯科通用\\隨志文1\\word\\3-55.TIF" \* MERGEFORMATINET
(1)寫出沉淀物的化學式：a__________；d__________；f________
(2)寫出加入過量NaOH溶液時所發生主要反應的離子方程式：____________、____________
(3)寫出通入氣體B(過量)時溶液c中發生反應的離子方程式：___________、____________
(4)氣體B能否改用試劑A代替？________(填“能”或“不能”)；原因是_____________
【工業冶煉鋁】答案
1．A。解析：B項，若試劑Y是HCl，過量H＋與AlO反應生成Al3＋，錯誤；C項，圖中所示轉化只有一步是氧化還原反應2Al2O34Al＋3O2↑，錯誤；D項，試劑X為氫氧化鈉，濾渣C為氧化鐵，濾液A為偏鋁酸鈉和氫氧化鈉混合溶液，通入過量二氧化碳氣體，發生反應：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，不能對換，錯誤。
2．B。解析：由溶液乙通入過量的Y生成氫氧化鋁沉淀、碳酸氫鈉可知，溶液乙為偏鋁酸鈉溶液、氣體Y為二氧化碳，故試劑X為氫氧化鈉溶液，不可能為硫酸，故A錯誤；過量的二氧化碳與偏鋁酸鈉反應生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，離子方程式為CO2＋AlO＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，故B正確；結合質子的能力越強，相應的酸提供質子的能力就越弱，其對應的酸的酸性就越弱，提供質子的能力：HCO>Al(OH)3>H2O，則結合質子的能力：OH－>AlO>CO，故C錯誤；氯化鋁是共價化合物，熔融時不導電，不能采用電解熔融氯化鋁的方法冶煉鋁，故D錯誤。
3．C。解析：分析流程圖可知，試劑X是氫氧化鈉溶液，Al2O3溶于氫氧化鈉溶液得到NaAlO2溶液，Fe2O3與氫氧化鈉溶液不反應，所以反應Ⅰ過濾出的沉淀為Fe2O3，所得溶液乙為NaAlO2溶液；向NaAlO2溶液中通入過量CO2，化學方程式為NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，所以Y為NaHCO3溶液，Al(OH)3加熱分解生成Al2O3，電解熔融Al2O3得到Al。試劑X不可以是氨水，因為沉淀中含有鐵的化合物，還有鋁的化合物，無法分離；故A錯誤；Fe不如Al活潑，與Al2O3不反應，故B錯誤；反應Ⅱ中CO2溶于水得碳酸，碳酸是弱酸，可以用CH3COOH溶液代替，故C正確；反應Ⅰ中的反應為Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O，故D錯誤。
4．A。解析：結合鋁土礦的主要成分及已知信息知，堿溶過程發生反應：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O、SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，2Na2SiO3＋2NaAlO2＋2H2O===Na2Al2Si2O8↓＋4NaOH，反應過程中均未涉及化合價的變化，A項錯誤；加入NaHCO3溶液的方程式為：NaHCO3＋NaAlO2＋H2O===Al(OH)3↓＋Na2CO3
，B項正確；過濾后X的溶質主要為Na2CO3，C項正確；電解熔融Al2O3冶煉金屬鋁時，加入冰晶石(Na3AlF6)作助熔劑能降低熔融溫度，減少能耗，D項正確。
5．C。解析：A項，試劑X應為強堿溶液，使Al2O3溶解；B項，若用強酸代替CO2，強酸過量時，Al(OH)3會溶解，不能保證生成Al(OH)3沉淀；D項，因Al比Fe活潑，不能用Fe置換Al。
6．D。解析：鎵(Ga)與鋁同主族，均處于第ⅢA族，A項正確；Ga2O3與Al2O3的性質相似，可與鹽酸反應生成GaCl3，B項正確；Ga(OH)3屬于兩性氫氧化物，與Al(OH)3的性質相似，能與NaOH溶液反應生成NaGaO2，C項正確；在NaAlO2和NaGaO2的混合液中通入適量CO2，只有Al(OH)3沉淀，而沒有Ga(OH)3沉淀，根據強酸制弱酸的原理，Ga(OH)3的酸性強于碳酸，則酸性：Al(OH)37．C。解析：SiO2不溶于鹽酸，A正確；紅褐色固體是Fe(OH)3，B正確；Ⅲ中通入足量CO2氣體發生反應的離子方程式為AlO＋CO2＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓，C錯誤；Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ都要用到的分離方法是過濾，D正確。
8．B。解析：A.為了提高“堿溶”效率，在“堿溶”前對鋁土礦進行粉碎，增大接觸面積，A正確；B.濾液中含有過量NaOH和NaAlO2溶液，加入NaHCO3溶液后HCO分別與OH－、AlO反應，反應的離子方程式OH－＋HCO===CO ＋H2O、AlO＋HCO＋H2O===CO＋Al(OH)3↓，故B錯誤；C.鋁土礦加NaOH溶解時，Al2O3溶解而Fe2O3不反應，則過濾所得濾渣I主要成分為氧化鐵，故 C正確；D.由分析可知，“反應Ⅲ”的化學方程式為4NaH＋AlCl3===NaAlH4＋3NaCl ，故D正確；答案選B。
9．B。解析：鋁土礦加過量鹽酸酸溶，SiO2不溶于鹽酸，則固體a是SiO2，所以A正確；NaAlO2溶液中通入足量的CO2氣體應生成HCO，離子方程式為AlO＋CO2＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓，故B錯誤；鹽酸酸溶后是FeCl3、AlCl3的混合液，加入過量的燒堿生成Fe(OH)3和NaAlO2，所以固體b是Fe(OH)3，故C正確；由Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ都是難溶性固體和溶液分離，用到的分離方法是過濾，故D正確。
10．C。解析：A項，FeS2煅燒時會生成SO2，加入CaO會與SO2反應，減少SO2的排放，而且CaSO3最后也會轉化為CaSO4，不符合題意；B項，濾液為NaAlO2溶液，通入CO2，生成Al(OH)3，過濾、洗滌、煅燒可以得到Al2O3，不符合題意；C項，隔絕空氣焙燒時，發生的反應為FeS2＋16Fe2O3===2SO2↑＋11Fe3O4，理論上反應消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶16，而不是1∶5，符合題意；D項，Fe3O4具有磁性，能夠被磁鐵吸引，不符合題意。
11．C。解析：C項，通入過量的二氧化碳，濾液中的AlO只能轉化為氫氧化鋁沉淀。
12．(1)NaOH溶液　
(2)過濾　　燒杯、漏斗、玻璃棒
(3)2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3　焊接鐵軌　
(4)AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO　
(5)5.4
解析：氧化鋁屬于兩性氧化物，能溶于強酸和強堿，所以氧化鋁和氫氧化鈉反應，離子方程式為：Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O，生成可溶性的偏鋁酸鈉和水，為溶液甲，同時得到沉淀1，二氧化碳和偏鋁酸鈉反應生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉，離子方程式為：AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3 ↓＋HCO，沉淀2為Al(OH)3，溶液乙為NaHCO3溶液。
(5)電解氧化鋁的方程式為：2Al2O34Al＋3O2↑，設得到鋁的質量為x，
2Al2O3 4Al＋3O2↑　轉移電子
　　　 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　生成的氫氧化鋁能夠溶于強酸
解析　(1)根據流程圖可知沉淀a為SiO2，沉淀b為Fe(OH)3，沉淀f為Al(OH)3。
(2)溶液b中含有鐵離子和鋁離子，加入過量氫氧化鈉溶液后反應的離子方程式為Al3＋＋4OH－===Al(OH)4]－，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。
(3)根據流程圖可知，溶液c中含有氫氧化鈉和偏鋁酸根，Na[Al(OH)4]]溶液與過量的CO2反應生成Al(OH)3沉淀，反應的離子方程式為CO2＋[Al(OH)4]－===Al(OH)3↓＋HCO，過量的CO2與OH－反應生成HCO，反應的離子方程式為CO2＋OH－===HCO。
(4)氣體B為二氧化碳，試劑A為強酸，氫氧化鋁能與過量的強酸反應而溶解，無法控制加入酸的量。
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