微课08化工生产中镁铝冶炼流程分析（讲义含答案解析）

微课08化工生产中镁、铝冶炼流程分析

化工生产中Mg、Al冶炼流程试题常常将流程图与化学计算、实验联系起来进行考查是

高考命题的热点，是每年必考的题型，因为它最能发挥化学学科核心素养中的“科学探究

与创新意识”这个维度，此类问题的解决可以充分展示个人的学科素养。

一、从海水中提取镁的方法

1.流程

2.主要化学反应

(1)制石灰乳：

高温

CaCO3=CaO+CO2t、CaO+H2O=Ca(OH)2o

2+2+-

(2)沉淀Mg：Mg4-2OH=Mg(OH)2Io

(3)制备MgCi2：Mg(0H)2+2HCl=MgCl2+2H2Oo

通电

(4)电解MgCI2：MgCL(熔融)=Mg+C12to

上对点练

1.海洋资源丰富，海水水资源的利用和海水化学景源(主要为NaQ和MgSO4及K、

Br等元素)的利用具有非常广阔的前景。

XaCl80V通电KC1

「粗盐-溶液FNaCg十晶体

海洋—

资源一

Br?

一苦卤一

（含K+,Mg+.Br-

回答下列问题：

(1)写出步骤［中反应的总化学方程式：O

(2)己知MgCL溶液受热时易水解生成Mg(OH)CI和HC1,写出该过程的化学方程式:

(3)为得到无水MgCk,步骤HI的操作应为。

(4)步骤IV中，电解熔融MgCb得到的镁需要在保护气中进行冷却，下列气体可以作为

保护气的是(填标号)。

A.N2B.II2C.CO2D.空气

解析：(1)根据流程困中物质的转化可知，步骤I的反应为电解氯化钠溶液，在阳极生

通电

成氯酸钠，在阴极生成氧气，反应的化学方程式为NaQ+3H2O=NaClO3+3H2t。⑵

由题给条件知，MgCL溶液受热时易水解生成Mg(OH)Cl和HCI,反应的化学方程式为

△

MgCI24-H2O==Mg(OH)CH-HClt<,(3)为防止MgCk发生水解，应通入氯化氢气体，在氯

化氢气氛中蒸发浓缩、冷却结晶得到无水MgCL。(4)Mg是活泼金属，与Nz、CO?和空气

中氧气都能反应，因此电解熔融MgCL得到的钱需要在保护气(出)中冷却，防止金属镁被

氧化，故选B。

通电△

答案：⑴NaCl+3H2O=NaClO3+3H2t(2)MgCl2+H2O^=Mg(OH)CH-HClt

⑶通入氯化氢气体，蒸发浓缩、冷却结晶(4)B

2.(1)海水提镁的一段工艺流程如下图：

浓海水的主要成分如表:

离子Na+Mg2+crsor

浓度/(g・LF

该工艺过程中，脱硫阶段主要反应的离子方程式为

产品2的化学式为,1L浓海水最多可得到产品2的质量为go

(2)采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁，发生反应的化学方程式为

电解时，若有少量水存在会造成产品镁的消耗，写出有关反应的化学方程式

答案：⑴Ca2++SOr=CaSO4lMg(OH)2

(2)MgCl2电解,Mg+CbtMg+2H2O高温,Mg(OH)2+H2t

二、从铝土矿中提纯AI2O3的方法

铝土矿的主要成分是AL(h，含有的杂质是Fez。.?和SiOz，由于AI2O3具有两性，而杂

质SiO2是酸性氧化物，FezO3是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯ALO3的方案。

加过量

盐酸

条过滤

薪

±

【矿:氧化铝)

由彳HI过量沉淀c

.、加过量

索NaOH(Fe2O3^MgO)

爷I溶液

加过量1A1(OH)3J

过滤源液c盐限--------------过滤

(AlO5、SiO?)过滤牺淀D(HBiO3》«NH4cl溶液)

£对点练

3.实验室模拟工业上以铝土矿(含AI2O3、FezCh、SiCh)为原料制钱明研NH4Al(SOR

晶体的工艺流程如图所示，下列说法错误的是()

过量盐酸过量烧碱足量C02足量稀硫酸

A.固体a的化学式为SiOz

B.固体b的化学式为Fe(OH)3

C.ID中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为2AIO；4-CO24-3H2O=C0r4-

2A1(OH)3I

D.由i~nfin—w都要用到的分离方法是过滤

解析：选C。SiO2不溶于盐酸，A正确；红褐色固体是Fe(OH)3,B正确；m中通入足

量CO2气体发生反应的离子方程式为AlOr+CO2+2H2O=HCO7+AI(OH)3I,C错误；

i-n-nifiv都要用到的分离方法是过滤，D正确。

4.[2018•江苏卷，16(3)]以高硫铝土矿住要成分为AI2O3、Fe2O3^SiO2,少量FeSz和

金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得FC3O4的部分工艺流程如图：

空气、少量CaONaOH溶液FeS2

矿粉焙烧—磁选一Fe3()4

滤液S02

向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素存在的形式由.(填化学式)转化为

(填化学式)。

答案：NaAIOzAI(OH)3

5.铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为AMh，含Si(h和FezO.,等杂质:为原

料制备铝的一种工艺流程如图：

NaOHNaHCO,

溶液溶液

铝土矿•>碱溶A1

滤渣

注，SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为

(2)向“过滤I”所得滤液中加入NaHCOj溶液，溶液的pH(填“增大”“不

变”或“减小”)o

(3)“电解I”是电解熔融ALO3,电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是

答案：(l)AI2O3-t-2OH-=2AIOr-t-H2O

(2)减小(3)石墨电极被阳极上产生的Ch氧化

6.日常生活中使用的铝合金中的铝来自于电解氧化铝。工业上电解氧化铝要求其纯度

不得低于98.2%,而天然铝土矿的氧化铝含量为50%〜70%,杂质主要为SiO2>FC2O3、

CaO>MgO、NazO等。工业上生产铝锭的工艺流程示意图如下：

加入C操

粉盐搅操调节pH作_____,

碎酸#作,_____,iL-*[SWp]~

步骤③Fe

11H(QH)|

-------步骤①-----步骤②固体A3步

骤

操再加入C

电灼作调节pH

解fI溶液E

铝锭氧化铝

步骤⑥步骤⑤

一些氢氧化物沉淀的pH如下表:

沉淀物AI(OH)3Fe(OH)3Mg(OH)»

开始沉淀的pH(离子初始浓度0.01mol-L-1)4

完全沉淀的pH(离子浓度V10-mol-L-1)

请回答下列问题:

⑴步骤②中的操作名称为。

(2)固体A的化学式为,物质C为o

(3)步骤④中调节溶液pH的范围为o

(4)步骤⑥反应的化学方程式为o

解析；SiOz是酸性鱼化物，不能与盐酸反应，进行过滤操作(步麻②)，得到的固体A

是SiOz；步骤③为加入NaOH溶液调节溶液B的pH使Fe3+沉淀，步骤④是调节溶液D的

pH使AP+沉淀，并过滤得到氢氧化铝沉淀；步骤④为使AH卡完全沉淀，而Mg2+不能产生

沉淀，应调节溶液的pH在5.2〜10.4之间。

答案：(1)过漉(2)SiO2NaOH溶液(答案合理即可)

电解

WpHvl0.4(4)2AbO3(熔融)ge^4Al+3O21

丁畸堂演练•能力后升

1.判断下列说法是否正确，正确的打“J”,错误的打“X”。

(1)铝合金大量用于高铁建设()

(2)氢氧化铝可用于中和过多胃酸()

(3)A12O3是两性氧化物，可用作耐高温材料()

(4)KAI(SO4)2・12%O溶于水可形成AI(OH)3胶体()

NaOH(aq)过量HCl(aq)

(5)Al(s)----------->NaAlO.(aq)-------------->Al(OHh(s)的转化均能实现()

(6)A1的氧化物的水化物是强碱()

(7)化合物熔点：ALO3VAich()

答案：(1)J⑵J(3)X(4)V(5)X(6)X⑺X

2.钱(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

业制备钱的流程如图所示：

-*NaGa(%»•[Ga|

铝土矿NaOH溶液NaAl()2适量CI%

(AlO.Ga,()3)Na(；a()过滤

232->|AKOH)3

下列判断不合理的是()

A.AkGa均处于IHA族

B.Ga?O3可与盐酸反应生成GaCh

C.Ga(OH)3可与NaOH反应生成NaGaO2

D.酸性：Al(OH)3>Ga(OH)3

解析：itDo卷(Ga)与铝同主族，均处于HIA族，A项正确：GazOj与AI2O3的性质具

有相似性，可与盐酸反应生成GaCh,B项正确；Ga(OH〃属于两性氢氧化物，与Al(0H)3

的性质相似，能与NaOH溶液反应生成NaGaCh,C项正确；向NaAKh和NaGaCh的混合

液中通入适量CO2,只有A1(OH)3沉淀，而没有Ga(0H)3沉淀，说明酸性：Ga(OH)3>

A1(OH)3,D项错误。

3..gMg、Al合金完全溶解在％Lcimol・LrHC1溶液中,产生匕出。再向反应后

的溶液中加入匕Lc2moi1一|NaOH溶液，恰好使沉淀量达到最大值，且沉淀质量为dg。

下列关系错误的是()

A.与金属反应后剩余HCI为©%-A)nwl

C.铝失去电子的物质的量为〃mol

D.d=a-\-\lb

解析：选C。根据题意可知消耗的〃(HCI)=&X2mol=力mol,故剩余的HC1的物质的

量为(C1%一力mol,A项正确：反应后的溶液中溶质为NaCl,根据Cl原子守恒可得门必

'24x+27j=a

c2y2

=c2vz2,即。1=方­,B项正确；C项设〃(Mg)=xmol,/i(Al)=jmol,则,h

2x+3y=]X2

求得：y=f，所以将失去电子的物质的量为(4力一?mol,C错误；题中的沉淀为

AI(OH)3>Mg(OH)2,故有〃(OH-)=〃(H+)=2〃(H2),沉淀质量为(〃+17A)g,D项正确。

4.在200mL含M*、AP+、NH：、H+>C厂的溶液中,逐滴加入5mobL-'NaOH

溶液，所加NaOH溶液的体积(mL)与产生沉淀的物质的量(mol)的关系如图所示。下列叙述

中不正确的是()

A.x-y

B.原溶液中c(CF)=0.75mol-L-1

C.原溶液的pH=l

I).原溶液中n(Mg2+)：w(Al3+)=5：1

+

解析：选B。结合题意和题图可知，0〜4mL发生反应：H+OH~=H2O,4~30mL

2+

发生反应：AI3++3OFT-A1(OH)3I、Mg4-2OH-=Mg(OH)2I,30〜33mL发生反

-

应：NHj4-OH=NH3H2O,33~35mL发生反应：Al(OH)34-OH-=AlOr4-2H2O<»故

+12+

n(AP)=n[Al(OH)3]=0.002LX5mol-L~=0.01mol,n(Mg)=n[Mg(OH)2]=

(30—4)X10-3LX5mol-f'-O.OlmoIX3

-----------------------------1---------------------------=0.05mol,故x-y=0.01,原溶液中的n(Mg2

+,+“*….一+0.004LX5moi『+

)：/i(AI3+)=5：1;A、D项正确；原溶液中c(H+)=---------本环-------=0.1mobL

0.003LX5moi『

=0.075mol-L-1,故原溶液的pH=1,根据电荷守恒，原溶液中存在:

3c(A[3+)+2c(Mg2+)+c(NHt)+c(H+)=c(C「),itc(CF)=0.825moI-L_1,B项错误，C项

正确。

5.KA1(SO4)2・12H2O(明研)是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废易

拉罐(主要成分为AL含有少量的&、Mg杂质)制备明研的过程如图所示。回答下列问题：

NH4HC3

,_______试剂①______,°,_____，稀H2sO41____,

(1)为尽量少引入杂质，试剂①应选用(填标号)。

a.HC1溶液b.H2SO4溶液c.氨水d.NaOH溶液

(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为o

(3)沉淀B的化学式为;

将少量明矶溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是o

解析：(1)根据铝能溶解在强酸和强碱性溶液中，而铁和铁只也溶解在强酸性溶液中的性质差异，可选

择NaOH溶液溶解易拉罐，可除去含有的铁、镁等杂质；(2)铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，

发生反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAKh+3H；t;⑶滤液中加入NH4IICO3溶液后，电

离出的NH；能促进AIOW水解，反应方程式为NH；+A1O5+2H2O=AI(OH)3I+NH3H2O,生成AI(OH)3

沉淀而HCO二会与AIOW发生下列反应：AlOi+HCOJ4-H2O=Al(OH)3I+COM,也生成A】(OH)3沉淀；

J+

因A1+3H2O1AKOHh+JH+,则明研水溶液显酸性。

答案：(l)d(2)2Al+2NaOH+2H2O=2NaAKh+3H2f(3)AI(OHh人产水解，使溶液中H*浓度

增大

6.某无色稀溶液X中，可能含有下表所列离子中的某几种：

阴离子CO「、SiOf>A1O7>cr

阳离子AH+、Fe3+>Mg2+、NH；、Na+

现取该溶液适量，向其中加入某试剂Y,产生沉淀的物质的量(〃)与加入试剂体积(V)的

关系如图所示。

(1)若Y是盐酸，则。〃段转化为沉淀的离子(指来源于X溶液的，下同)是,ab

段发生反应的离子是,左段发生反应的离子方程式为o

⑵若Y是NaOH溶液，则X中一定含有的阳离子是，其物质的量之比为,

ah段发生反应的离子方程式为。

解析：(1)溶液为无色，说明溶液X中不含Fe3+。若Y为盐酸，由图像的特点判断溶液

X中含有AIO：、SiO「、COf,其中段转化为沉淀的离子为A1O£、SiOf;ab段发生

+3+

反应的离子为COr；加段发生的反应为A1(OH)