Question

【題目】六氟合鋁酸鈉(Na3AlF6)俗稱冰晶石，微溶于水，可用作陶瓷乳白劑、樹脂橡膠的耐磨填充劑等。實驗室以螢石(CaF2，難溶于水)、石英和純堿等為原料可制備Na3AlF6，實驗步驟如下：

Ⅰ．將螢石(CaF2)、石英和純堿按一定比例混合后煅燒并釋放出CO2；

Ⅱ．……

Ⅲ．在浸取液中加入稀硫酸調(diào)節(jié)pH，再加入硫酸鋁，充分反應(yīng)后過濾，洗滌烘干后得到六氟合鋁酸鈉。

回答下列問題：

(1)Na3AlF6中鋁元素的化合價為__________。

(2)步驟Ⅰ中煅燒原料混合物時，盛裝原料混合物的儀器名稱為___________；混合物煅燒后除生成CO2、CaSiO3外還有一種產(chǎn)物(二元化合物)，該物質(zhì)的化學(xué)式為______________。

(3)步驟Ⅱ的具體內(nèi)容是__________________。

(4)通過實驗探究不同pH時氟離子的去除率，即對多份相同量的浸取液調(diào)節(jié)至不同pH后，再分別加入等量硫酸鋁，得到了溶液中殘留氟濃度和氟去除率隨溶液pH的變化關(guān)系如圖所示。則步驟Ⅲ中最佳pH為_________；圖中當(dāng)pH增大時，氟去除率下降的原因是_______________________________________。

(5)步驟Ⅲ中檢驗過濾后的固體已洗滌干凈的方法是_______________________________。

(6)寫出一種能將含氟廢水中氟離子去除的可行方法：______________________________。

Answer 1

【答案】+3 坩堝 NaF 將冷卻后的固體加水浸取，過濾后除去殘渣得到浸取液(或其他合理答案) 5 溶液pH升高，溶液中OH－的濃度增大，Al3+與OH－優(yōu)先結(jié)合 取最后一次洗滌液，向其中加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，如果沒有白色沉淀生成，說明固體已經(jīng)洗凈 加入CaCl2，利用反應(yīng)生成CaF2沉淀而去除(或加入一定比例的硫酸鋁和硫酸鈉，利用反應(yīng)生成六氟合鋁酸鈉而去除)

【解析】

根據(jù)CaF2、石英和純堿按一定比例混合后煅燒并釋放出CO2，可書寫出化學(xué)方程式CaF2+SiO2+Na2CO3= CaSiO3+ CO2+ 2NaF，判斷生成物的種類；其次，根據(jù)步驟一和步驟三推斷步驟Ⅱ的具體內(nèi)容是：將冷卻后的固體加水浸取，過濾后除去殘渣得到浸取液；根據(jù)溶液中殘留氟濃度和氟去除率隨溶液pH的變化關(guān)系圖可知最佳pH為5；檢驗過濾后的固體已洗滌干凈不含雜質(zhì)硫酸鋁的方法是：取最后一次洗滌液，向其中加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，如果沒有白色沉淀生成，說明固體已經(jīng)洗凈；利用石灰中的鈣離子與氟離子生CaF2沉淀而除去氟離子，或加入一定比例的硫酸鋁和硫酸鈉，利用反應(yīng)生成六氟合鋁酸鈉而去除。

(1)Na3AlF6中，Na顯+1價，F顯-1價，所以該化合物的Al元素的化合價為+3；

(2)煅燒原料混合物時，用坩堝盛裝混合物；根據(jù)CaF2、石英和純堿按一定比例混合后煅燒并釋放出CO2，可書寫出化學(xué)方程式CaF2+SiO2+Na2CO3= CaSiO3+ CO2+ 2NaF：所以混合物煅燒后除生成CO2、CaSiO3外還有NaF ；

(3)步驟Ⅲ中有“在浸取液中加入稀硫酸調(diào)節(jié)pH”，說明步驟Ⅱ中得到浸取液，所以步驟Ⅱ的具體內(nèi)容是：將冷卻后的固體加水浸取，過濾后除去殘渣得到浸取液；

(4)由變化關(guān)系如圖可知pH=5時，殘留氟濃度最低，說明氟的轉(zhuǎn)化高，且氟去除率相對較高，所以步驟Ⅲ中最佳pH為5；圖中當(dāng)pH增大時，氟去除率下降的原因是：溶液pH升高，溶液中OH－的濃度增大，Al3+與OH－優(yōu)先結(jié)合；

(5)步驟Ⅲ中檢驗過濾后的固體六氟合鋁酸鈉已洗滌干凈不含雜質(zhì)硫酸鋁的方法是：取最后一次洗滌液，向其中加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，如果沒有白色沉淀生成，說明固體已經(jīng)洗凈；

(6) 利用石灰中的鈣離子與氟離子生CaF2沉淀而除去氟離子的方法為：加入CaCl2，利用反應(yīng)生成CaF2沉淀而去除；或加入一定比例的硫酸鋁和硫酸鈉，利用反應(yīng)生成六氟合鋁酸鈉而去除。