1．从铝土矿中提炼铝

流程Ⅰ

(1)涉及反应(写出并配平化学方程式)

①Al₂O₃＋HCl=2AlCl₃＋3H₂O

Fe₂O₃＋HCl=2FeCl₃＋3H₂O

②AlCl₃＋NaOH=NaAlO₂＋3NaCl＋2H₂O

FeCl₃＋NaOH=Fe(OH)₃↓＋3NaCl

HCl＋NaOH=NaCl＋H₂O

③NaAlO₂＋H₂O＋CO₂=Al(OH)₃↓＋NaHCO₃

NaOH＋CO₂=NaHCO₃

④Al(OH)₃Al₂O₃＋3H₂O

⑤Al₂O₃(熔融)4Al＋3O₂↑

(2)问题探讨(思考并回答问题)

①步骤①加入过量盐酸后的实验操作是什么？

提示：过滤。

②步骤②能否用氨水代替NaOH溶液？

提示：不能；原因是Al^3＋与过量氨水反应生成Al(OH)₃沉淀，达不到分离Al^3＋、Fe^3＋的目的。

③步骤③中若将CO₂的量改为“少量”，得到的产物还是NaHCO₃吗？

提示：不是NaHCO₃而是Na₂CO₃。

流程Ⅱ

(1)涉及反应

①Al₂O₃＋NaOH=2NaAlO₂＋H₂O

SiO₂＋NaOH=Na₂SiO₃＋H₂O

②Na₂SiO₃＋HCl=H₂SiO₃↓＋2NaCl

NaAlO₂＋HCl=NaCl＋AlCl₃＋2H₂O

NaOH＋HCl=NaCl＋H₂O

③AlCl₃＋NH₃·H₂O=Al(OH)₃↓＋NH₄Cl

HCl＋NH₃·H₂O=NH₄Cl＋H₂O

(2)问题探讨

①步骤②中将盐酸改为“CO₂”合适吗？为什么？

提示：不合适；因为过量CO₂与NaAlO₂、Na₂SiO₃反应生成Al(OH)₃和H₂SiO₃沉淀，达不到分离SiO₂和AlO₂^－的目的。

②步骤③中将氨水改为“NaOH溶液”合适吗？

提示：不合适；因为Al(OH)₃能溶于NaOH。

③冶炼金属铝能否用氯化铝代替氧化铝？

提示：不能；因为AlCl₃属于共价化合物。

2．硅的制备

(1)涉及反应

①SiO₂＋CSi＋CO↑

②Si＋Cl₂SiCl₄

③SiCl₄＋H₂Si＋4HCl

(2)问题探讨

①步骤①中石英砂与焦炭高温下反应时为什么要隔绝空气？

提示：高温下，焦炭和空气中的O₂发生反应。

②用石英砂和焦炭制备粗硅的反应中，焦炭的作用是什么？

提示：提供能量，作还原剂。

③粗硅与HCl完全反应后，经冷凝得到的SiCl₄(沸点57.6 ℃)中混有少量的SiHCl₃(沸点33 ℃)，提纯SiCl₄采用的方法是什么？

提示：蒸馏。

④由SiO₂与C高温下反应得到的粗硅中可能含有什么杂质？

提示：SiO₂、C、SiC等。

3．氯碱工业

(1)涉及反应

①2NaCl＋H₂O2NaOH＋H₂↑＋Cl₂↑

②Cl₂＋NaOH=NaCl＋NaClO＋H₂O

③Cl₂＋Ca(OH)₂=CaCl₂＋Ca(ClO)₂＋2H₂O

④H₂＋Cl₂2HCl

(2)问题探讨

①食盐中含有Ca^2＋、Mg^2＋、SO₄^2－等杂质离子，如何设计实验方案除去这些杂质离子？

②工业上电解食盐水制烧碱时，食盐水为什么必须要精制？

提示：精制食盐水的目的是除去食盐水中的Ca^2＋、Mg^2＋、SO₄^2－等杂质离子，以防Mg^2＋与OH^－结合生成Mg(OH)₂堵塞隔膜电解槽中的隔膜，造成电解失败。

③用惰性电极电解饱和食盐水时，为什么要用隔膜把电解槽分成阳极室、阴极室？

提示：电解时，阳极产生Cl₂，阴极产生H₂，若无隔膜，二者混合光照时会发生爆炸，隔膜的作用是将H₂和Cl₂隔开，以防发生危险。

④步骤③制取漂白粉时是将Cl₂通入澄清石灰水中吗？

提示：不是；原因是澄清石灰水中Ca(OH)₂的含量低，不适合工业大量生产，应改为石灰乳。

4．工业上利用黄铁矿(FeS₂)制取硫酸

(1)涉及反应

①FeS₂＋O₂Fe₂O₃＋SO₂

②SO₂＋O₂SO₃

③SO₃＋H₂O=H₂SO₄

(2)问题探讨

①煅烧黄铁矿要在沸腾炉中进行，其中矿石要粉碎，从炉底鼓入空气，炉中的粉末状固体就像沸腾的液体一样，煅烧时为什么要将矿石粉碎成粉末状？

提示：增大矿石和氧气的接触面积，提高燃烧效率。

②在接触室中通入过量的氧气，能否将SO₂全部转化成SO₃?

提示：不能；原因是SO₂催化氧化成SO₃的反应是可逆反应。

③依据化学反应速率和化学平衡原理，增大压强对SO₂催化氧化成SO₃的反应是十分有利的，而工业生产上为什么不采用高压而采用常压下进行反应？

提示：常压下，SO₂催化氧化成SO₃的转化率已经很高，增大压强，即增加了设备的投资，得不偿失。

④吸收塔中发生的是SO₃与水的反应，为什么吸收SO₃气体时用98%的浓硫酸而不用水吸收？

提示：用水吸收SO₃易形成硫酸的酸雾，影响吸收效率。

⑤硫酸工厂的尾气中含有大量的SO₂，写出用氨水吸收SO₂的化学方程式。

提示：SO₂＋NH₃·H₂O=NH₄HSO₃，2NH₃·H₂O＋SO₂=(NH₄)₂SO₃＋H₂O。

5．工业制硝酸

(1)涉及反应

①NH₃＋O₂NO＋H₂O

②NO＋O₂=NO₂

③NO₂＋H₂O=HNO₃＋NO

(2)问题探讨

①步骤③吸收塔中为什么NO₂被水吸收过程中要补充一定量的空气？

提示：因NO₂与水反应生成HNO₃时只有的NO₂转化成HNO₃，通入空气的目的是使NO₂与O₂作用完全转化成HNO₃，方程式为4NO₂＋O₂＋2H₂O=4HNO₃。

②工业制硝酸时，能否将工业尾气直接排入大气中？

工业尾气中有害气体的主要成分是什么？

提示：不能；NO和NO₂。

③已知：①NO＋NO₂＋2NaOH=2NaNO₂＋H₂O

②2NO₂＋2NaOH=NaNO₂＋NaNO₃＋H₂O

硝酸工厂的尾气可用NOx(NO与NO₂的混合气体)表示，用NaOH溶液可吸收尾气，为使NOx完全被NaOH溶液吸收x的取值范围是什么？如何操作才能保证NOx完全被NaOH溶液吸收？

提示：1.5≤x＜2；通入一定量的空气(或O₂)后，再被NaOH溶液吸收。

6．工业上制纯碱

(1)涉及反应

NH₃＋H₂O＋CO₂＋NaCl=NaHCO₃↓＋NH₄Cl

2NaHCO₃Na₂CO₃＋H₂O＋CO₂↑

(2)问题探讨

①工业制纯碱时为什么先通入NH₃后通入CO₂?

提示：NH₃在水中的溶解度大，形成的NH₃·H₂O呈碱性，更容易吸收CO₂，得到更多的NaHCO₃；若先通入CO₂，得到的HCO浓度小，不利于NaHCO₃的生成。

②工业上制备的纯碱中可能混有哪些杂质？

提示：依据制备反应：NH₃＋H₂O＋CO₂＋NaCl=NaHCO₃↓＋NH₄Cl可知混有的杂质为N_ACl和NH₄Cl。

③“碳酸化”后过滤获得的物质是什么？

提示：NaHCO₃。

④过滤得到的母液为NH₄Cl，加入熟石灰获得循环使用的物质是什么？

提示：NH₃。

⑤设计实验证明纯碱产品中混有NaCl?

提示：取少量样品于一试管中，加水配成溶液，加入足量硝酸酸化的AgNO₃溶液，若有白色沉淀生成说明纯碱样品中混有NaCl。

7．从工业废水中回收硫酸亚铁和铜的工艺流程

工业废水中含有大量的FeSO₄，较多的Cu^2＋和少量的Na^＋。为了减少污染并变废为宝，回收硫酸亚铁和金属铜的工艺流程如下。

(1)涉及反应

①CuSO₄＋Fe=FeSO₄＋Cu

②Fe＋H₂SO₄=FeSO₄＋H₂↑

(2)问题探讨

①步骤②中加入过量稀H₂SO₄的目的是什么？

提示：除去Cu中残留的铁。

②步骤①中如何将Fe、Cu与FeSO₄溶液分离？

提示：过滤。

③步骤③中如何从FeSO₄溶液中获得硫酸亚铁晶体？

提示：将FeSO₄溶液加热浓缩、冷却结晶，过滤得FeSO₄·7H₂O。

8．从海水中提取镁

(1)涉及反应

①MgSO₄＋Ca(OH)₂=Mg(OH)₂↓＋CaSO₄

②Mg(OH)₂＋2HCl=MgCl₂＋2H₂O

③MgCl₂·6H₂OHCl 气流中Δ MgCl₂＋6H₂O

④MgCl₂(熔融)Mg＋Cl₂↑

(2)问题探讨

①步骤③中加热MgCl₂·6H₂O制取无水MgCl₂时，为什么要在HCl的气流中进行？

提示：防止MgCl₂水解。

②从海水中提取镁的工艺流程中，涉及哪些反应类型？

提示：分解反应、复分解反应、氧化还原反应。

③步骤④用电解法冶炼镁时，能否用MgO代替MgCl₂?

提示：不能；原因是MgO的熔点高，浪费能源。

9．从海水中提取溴

(1)涉及反应

①2Br^－＋Cl₂=Br₂＋2Cl^－

③Br₂＋SO₂＋2H₂O=H₂SO₄＋2HBr

(2)问题探讨

①从海水中提取溴的工艺流程中为什么要设计两步(步骤①、④)将Br^－氧化，Br₂的过程？

提示：将溴富集。

②步骤⑤蒸馏的过程中，温度应控制在80～90℃，温度过高或过低都不利于生产，请解释原因。

提示：温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水量增加，温度过低，溴不能完全蒸出，回收率低。

③步骤②中用热空气吹出的溴也可以用饱和Na₂CO₃溶液吸收溴，写出反应过程的化学方程式。

提示：Br₂＋H₂O=HBr＋HBrO，Na₂CO₃＋2HBr=2NaBr＋H₂O＋CO₂↑。

10．海带中碘的提取

(1)涉及反应：2I^－＋Cl₂=I₂＋2Cl^－

(2)问题探讨

①步骤①灼烧海带时，除需要三脚架外，还需要用到的实验仪器是________(从下列仪器中选出所需的仪器，将标号字母填写在空白处)。

A．烧杯　　　　　　B．坩埚　　　　C．表面皿        D．泥三角       E．酒精灯 F．干燥器

提示：B、D、E

②步骤⑤的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯，该步骤的实验操作名称是什么？

提示：蒸馏。

③步骤④中，某同学选择苯来提取碘的理由是什么？

提示：苯与水互不相溶，碘在苯中的溶解度比在水中的大，苯与水溶液易分层。

④设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法。

提示：取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉溶液，若溶液变蓝，说明还有单质碘；若溶液不变蓝，说明溶液不含碘。