Question

10．某地煤矸石經預處理后主要含SiO₂（61%）、Al₂O₃（30%）和少量的Fe₂O₃、FeO及鈣鎂的化合物等．某實驗小組利用其提取Al（OH）₃．

（1）“酸浸”過程中發(fā)生的主要反應的離子方程式為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O．
為提高“酸浸”時鋁浸出率，可采取的措施之一是提高酸的濃度（或適當提高反應溫度或攪拌下進行反應）．
（2）“氧化”是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，其目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于其水解除去鐵元素．
檢驗Fe³⁺已水解完全的方法是取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，無血紅色，則Fe³⁺已水解完全．
（3）濾渣Ⅱ的主要成分是CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃．
（4）①上述流程中可循環(huán)利用的物質的化學式是CO₂（或Na₂CO₃）．
②“轉化”時主要反應的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-）．
（5）Fe³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為2.1和3.2，Al³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.1和5.4．為了獲得產品Al（OH）₃，從氧化后的溶液開始，若只用純堿一種試劑，后續(xù)操作是加入純堿調節(jié)pH到3.2，過濾除去Fe（OH）₃等固體后，再加入純堿調節(jié)pH到5.4，過濾得到Al（OH）₃．

Answer 1

分析 煤矸石溶于稀鹽酸發(fā)生的反應有Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，然后過濾，得到的濾渣為SiO₂，向濾液中通入氯氣，發(fā)生的反應為2Fe²⁺+Cl₂=2Cl^-+2Fe³⁺，向溶液中加入碳酸鈉，發(fā)生的反應為3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑、CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，過濾得到的濾液中含有NaCl，向濾渣中加入過量NaOH溶液，Al（OH）₃溶解，其余沉淀不溶解，過濾后得到的濾渣II為CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，濾液中含有NaAlO₂，向濾液中通入二氧化碳，發(fā)生的反應為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-），然后過濾得到Al（OH）₃，濾液II中含有NaHCO₃或碳酸鈉，據此分析解答．

解答 解：煤矸石溶于稀鹽酸發(fā)生的反應有Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，然后過濾，得到的濾渣為SiO₂，向濾液中通入氯氣，發(fā)生的反應為2Fe²⁺+Cl₂=2Cl^-+2Fe³⁺，向溶液中加入碳酸鈉，發(fā)生的反應為3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑、CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，碳酸鈉和生成的氫離子反應促進生成氫氧化鎂、氫氧化鐵沉淀，過濾得到的濾液中含有NaCl，向濾渣中加入過量NaOH溶液，Al（OH）₃溶解，其余沉淀不溶解，過濾后得到的濾渣II為CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，濾液中含有NaAlO₂，向濾液中通入二氧化碳，發(fā)生的反應為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-），然后過濾得到Al（OH）₃，濾液II中含有NaHCO₃或碳酸鈉，
（1）酸浸過程中金屬氧化物都和稀鹽酸反應生成氯化物，主要離子反應方程式為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，為提高反應速率可以采用升高溫度、攪拌、增大鹽酸濃度或增大煤矸石的表面積等方法，
故答案為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；提高酸的濃度（或適當提高反應溫度或攪拌下進行反應）；
（2）鐵離子易水解生成沉淀且需要的pH較小，將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于其水解除去鐵元素；
鐵離子用KSCN溶液檢驗，其檢驗方法是：取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，無血紅色，則Fe³⁺已水解完全，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于其水解除去鐵元素；取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，無血紅色，則Fe³⁺已水解完全；
（3）通過以上分析知，濾渣II的成分為CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，故答案為：Fe（OH）₃；
（4）①水解時生成二氧化碳氣體、轉化時需要二氧化碳，在水解是需要碳酸鈉、在轉化時得到碳酸氫鈉或碳酸鈉，所以能循環(huán)利用的是CO₂（或Na₂CO₃），
故答案為：CO₂（或Na₂CO₃）；
②通過以上分析知，轉化時發(fā)生的離子反應方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-
（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-），故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-
（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-）；
（5）要得到較純凈的氫氧化鋁，需要調節(jié)溶液的pH，要除去氫氧化鐵且不能產生氫氧化鋁沉淀，所以需要的pH≥3.2，除去氫氧化鐵沉淀，然后再加入純堿調節(jié)pH到5.4，過濾得到氫氧化鋁沉淀，
故答案為：加入純堿調節(jié)pH到3.2，過濾除去Fe（OH）₃等固體后，再加入純堿調節(jié)pH到5.4，過濾得到Al（OH）₃．

點評 本題考查制備實驗方案設計，為高考高頻點，此種題型涉及物質性質、實驗基本操作，明確物質的性質及每一步發(fā)生的反應、基本操作方法是解本題關鍵，熟練掌握元素化合物知識，靈活運用知識解答問題，題目難度中等．