Question

19．工業(yè)廢棄物對環(huán)境的危害極大，硫酸工業(yè)廢渣廢棄物的主要成分為MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂．某同學設計以下方案，變廢為寶提取廢渣中的金屬元素．

已知常溫條件下：
①陽離子以氫氧化物形式完全沉淀（陽離子濃度低于10^?5mol•L^-1）時溶液的pH：

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
pH	3.4	5.2	11

②飽和氨水溶液中c（OH^-）約為1×10^-3mol•L^-1．
請回答：
（1）寫出A與氫氟酸反應的化學方程式：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O．
（2）上述流程中兩次使用試劑X，推測試劑X是氫氧化鈉（填“氨水”或“氫氧化鈉”）其理由是經(jīng)過計算飽和氨水的pH=11，使用氨水不能將溶液調(diào)至pH=13，所以選擇氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液酸堿性．
（3）寫出F→H的反應離子方程式：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）溶液D到固體E過程中需要控制溶液pH=13，如果pH過小，可能導致的后果是鎂離子沉淀不完全或氫氧化鋁溶解不完全．
（5）固體C跟HI反應的離子方程式為：2Fe（OH）₃+2I^-+6H⁺=2Fe²⁺+I₂+6H₂O．
（6）試計算Mg（OH）₂的Ksp=10^-11．

Answer 1

分析 廢渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當加過量鹽酸時，二氧化硅和鹽酸不反應，所以固體A是二氧化硅，氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂和鹽酸反應，所以溶液B的溶質(zhì)是氯化鎂、氯化鐵、氯化鋁、鹽酸；向溶液B中加氫氧化鈉溶液并調(diào)節(jié)溶液的PH值，結(jié)合題意溶液pH=3.7時Fe³⁺已經(jīng)沉淀完全知，固體C是氫氧化鐵；向溶液D中加入氫氧化鈉溶液并調(diào)節(jié)溶液的PH值為10.8，溶液呈強堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，所以固體E是氫氧化鎂；溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳氣體，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀，所以G是氫氧化鋁，以此解答該題．

解答 解：廢渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當加過量鹽酸時，二氧化硅和鹽酸不反應，所以固體A是二氧化硅，氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂和鹽酸反應，所以溶液B的溶質(zhì)是氯化鎂、氯化鐵、氯化鋁、鹽酸；向溶液B中加氫氧化鈉溶液并調(diào)節(jié)溶液的PH值，結(jié)合題意溶液pH=3.7時Fe³⁺已經(jīng)沉淀完全知，固體C是氫氧化鐵；向溶液D中加入氫氧化鈉溶液并調(diào)節(jié)溶液的PH值為10.8，溶液呈強堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，所以固體E是氫氧化鎂；溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳氣體，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀，所以G是氫氧化鋁，
（1）A是二氧化硅，與氫氟酸反應生成四氟化硅和水，反應的化學方程式為SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O，故答案為：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O；
（2）向溶液B中加試劑X并調(diào)節(jié)溶液的PH值為3.7，結(jié)合題意知，溶液pH=3.7時Fe³⁺已經(jīng)沉淀完全知，試劑X是能和氯化鐵反應生成沉淀的物質(zhì)且和鋁離子反應沒有沉淀生成，所以試劑X只能是強堿溶液，可為氫氧化鈉溶液，且飽和氨水溶液中c（OH^-）約為1×10^-3mol•L^-1，pH=11，使用氨水不能將溶液調(diào)至pH=13，所以選擇氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液酸堿性，
故答案為：氫氧化鈉；經(jīng)過計算飽和氨水的pH=11，使用氨水不能將溶液調(diào)至pH=13，所以選擇氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液酸堿性；
（3）反應a為偏鋁酸鈉和過量二氧化碳能反應生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉，反應方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）在強堿性條件下，鋁元素以偏鋁酸根離子存在，鎂元素以氫氧化鎂存在，當溶液的PH=13時，溶液呈強堿性，如果pH過小，可能導致的后果是鎂離子沉淀不完全或氫氧化鋁溶解不完全等．
故答案為：鎂離子沉淀不完全或氫氧化鋁溶解不完全；
（5）固體C是氫氧化鐵，與HI溶液發(fā)生氧化還原反應，反應的離子方程式為2Fe（OH）₃+2I^-+6H⁺=2Fe²⁺+I₂+6H₂O，
故答案為：2Fe（OH）₃+2I^-+6H⁺=2Fe²⁺+I₂+6H₂O；
（6）由表中數(shù)據(jù)可知氫氧化鎂完全沉淀時pH=11，則Mg（OH）₂的Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH）^-=10^-5×（10^-3）²=10^-11，
故答案為：10^-11．

點評 本題考查了物質(zhì)的分離、提純的方法選擇及應用，實驗方案設計和評價，為高考常見題型，側(cè)重于學生的分析、實驗和計算能力的考查，題目難度較大，明確各物質(zhì)的性質(zhì)是解本題的關鍵，本題注意溶度積的相關計算．