Question

19．高純度氧化鋁有廣泛的用途，某研究小組研究用以下流程制取高純度氧化鋁：

（1）“除雜”操作是加入H₂O₂后，然后用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH約為8.0，以除去硫酸銨溶液中少量的Fe²⁺．
①酸性溶液中Fe²⁺與H₂O₂反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
②過濾操作中所得到濾渣主要成分的化學(xué)式為Fe（OH）₃；
（2）檢驗(yàn)上述流程中“過濾”后雜質(zhì)是否除盡的實(shí)驗(yàn)方法取少量過濾后溶液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，若溶液未變紅色，說明雜質(zhì)已經(jīng)除盡．
（3）配制硫酸鋁溶液時，需用硫酸酸化的目的是抑制（防止）Al³⁺水解．
（4）“結(jié)晶”操作中，母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮至溶液表面剛出現(xiàn)薄層晶體即停止加熱，然后冷卻結(jié)晶，得到銨明礬晶體（含結(jié)晶水），母液不能蒸干的原因是減少可溶性雜質(zhì)的析出及Al³⁺水解，防止晶體失去結(jié)晶水，避免可溶性雜質(zhì)結(jié)晶析出．
（5）銨明礬晶體的化學(xué)式為NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，在0.1mol/L銨明礬的水溶液中，c（NH₄⁺）、c（Al³⁺）、c（SO₄^2-）三種離子濃度由大到小的順序?yàn)閏（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Al³⁺）．

Answer 1

分析 由工藝流程可知，加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過濾后濾液主要含硫酸銨，再將硫酸銨和硫酸鋁溶液混合反應(yīng)，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等最終得到硫酸鋁銨晶體，硫酸鋁銨晶體熱分解得到氧化鋁．
（1）①酸性溶液中Fe²⁺與H₂O₂反應(yīng)，過氧化氫具有氧化性氧化亞鐵離子為鐵離子，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫；
②H₂O₂溶液具有強(qiáng)氧化性，可以氧化亞鐵離子生成鐵離子，鐵離子在氨水存在的條件下生成氫氧化鐵紅褐色沉淀；
（2）由工藝流程可知，加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，用KSCN溶液檢驗(yàn)是否含有Fe³⁺；
（3）鋁離子在溶液中能夠發(fā)生水解生成氫氧化鋁；
（4）蒸干會析出可溶性雜質(zhì)的析出，且Al³⁺水解程度增大，防止晶體失去結(jié)晶水，避免可溶性雜質(zhì)結(jié)晶析出；
（5）根據(jù)題中所給的化學(xué)式，利用銨根和鋁離子水解進(jìn)行解答即可．

解答 解：（1）①酸性溶液中Fe²⁺與H₂O₂反應(yīng)，過氧化氫具有氧化性氧化亞鐵離子為鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②H₂O₂溶液具有強(qiáng)氧化性，可以氧化亞鐵離子生成鐵離子，鐵離子在氨水存在的條件下生成氫氧化鐵紅褐色沉淀，反應(yīng)的離子方程式：2Fe²⁺+H₂O₂+4NH₃•H₂O=2Fe（OH）₃↓+4NH₄⁺，過濾操作中所得到濾渣主要成分氫氧化鐵，
故答案為：Fe（OH）₃；
（2）由工藝流程可知，加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，取少許濾液于試管中，加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色，則雜質(zhì)已除盡，
故答案為：取少許濾液于試管中，加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色，則雜質(zhì)已除盡；
（3）由于鋁離子在溶液中能夠發(fā)生水解生成氫氧化鋁，所以加入硫酸酸化，抑制了鋁離子的水解，
故答案為：抑制Al³⁺水解；
（4）由于蒸干會析出可溶性雜質(zhì)的析出，且Al³⁺水解程度增大，防止晶體失去結(jié)晶水，避免可溶性雜質(zhì)結(jié)晶析出，所以母液不能蒸干，
故答案為：減少可溶性雜質(zhì)的析出及Al³⁺水解，防止晶體失去結(jié)晶水，避免可溶性雜質(zhì)結(jié)晶析出；
（5）銨明礬晶體的化學(xué)式為NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，在0.1mol/L銨明礬的水溶液中，未水解前，c（Al³⁺）=c（NH₄⁺）=0.1mol/L，由于銨根和鋁離子均水解，水解結(jié)合水電離出的氫氧根，故水解后濃度均小于0.1mol/L，c（Al³⁺）＜c（NH₄⁺），c（SO₄^2-）=0.2mol/L，離子濃度為，c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Al³⁺），
故答案為：c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Al³⁺）．

點(diǎn)評 本題考查工藝流程、離子檢驗(yàn)、鹽類水解、對條件的控制選擇、物質(zhì)的分離提純等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．