Question

1．硫酸工業(yè)中廢渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO．某探究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)如圖實(shí)驗(yàn)方案，將硫酸渣中金屬元素轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀分離開(kāi)來(lái)．

已知常溫下，部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH如表：

陽(yáng)離子	Fe3+	Al3+	Mg2+
開(kāi)始沉淀時(shí)的pH	1.9	3.7	9.6
沉淀完全時(shí)的pH	3.2	5.2	11.0

（1）固體A的化學(xué)式為SiO₂．
（2）向溶液F中通過(guò)量CO₂發(fā)生反應(yīng)的離子方程式AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）采用過(guò)濾操作分離固體E和溶液F，發(fā)現(xiàn)濾液中有少量渾濁，從實(shí)驗(yàn)操作的角度給出兩種可能的原因：漏斗液面高于濾紙的邊緣、玻璃棒下端靠在濾紙的單層處，導(dǎo)致濾紙破損．
（4）上述流程中的試劑Y 最好選用下列的C（填字母編號(hào)）
A、氧化鎂    B、氨水    C、氫氧化鉀    D、氫氧化鋇
（5）取w g硫酸渣（含SiO₂ m g），與 c mol 鹽酸恰好完全反應(yīng)，則廢渣中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{8m+120c}{15w}$．（用含w、m、c的代數(shù)式表示）

Answer 1

分析 硫酸工業(yè)中廢渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，加入鹽酸，二氧化硅與鹽酸不反應(yīng)，得到固體ASiO₂；調(diào)節(jié)pH=3.5，生成氫氧化鐵沉淀；加入KOH調(diào)pH=13，鎂離子生成沉淀，最后通入CO₂，AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；據(jù)此分析；
（1）二氧化硅與鹽酸不反應(yīng)；
（2）向溶液F中通過(guò)量CO₂是AlO₂^-與CO₂ 反應(yīng)，過(guò)量CO₂反應(yīng)的產(chǎn)物為碳酸氫鹽，反應(yīng)的離子方程式：AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）采用過(guò)濾操作分離固體E和溶液F，發(fā)現(xiàn)濾液中有少量渾濁，可能是濾紙破損、也可能是操作失誤；
（4）陽(yáng)離子Mg²⁺以氫氧化物形式沉淀所需試劑，根據(jù)題給信息和流程可知應(yīng)該先用氫氧化鉀，溶液將Mg²⁺轉(zhuǎn)化成氫氧化鎂沉淀析出同時(shí)將Al³⁺轉(zhuǎn)化成AlO₂^-溶液；
（5）Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO與HCl反應(yīng)，都生成H2O，水中的O即為金屬氧化物中的O，則含有$\frac{c}{2}×16g$=8c，m gSiO₂含O為$m×\frac{32}{60}g$，則廢渣中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{8c+\frac{32}{60}m}{w}$×100%=$\frac{8m+120c}{15w}$．

解答 解：（1）二氧化硅與鹽酸不反應(yīng)，固體A為SiO₂；
故答案為：SiO₂；
（2）向溶液F中通過(guò)量CO₂是AlO₂^-與CO₂ 反應(yīng)，過(guò)量CO₂反應(yīng)的產(chǎn)物為碳酸氫鹽，反應(yīng)的離子方程式：AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）采用過(guò)濾操作分離固體E和溶液F，發(fā)現(xiàn)濾液中有少量渾濁，可能是濾紙破損、也可能是操作失誤；
故答案為：漏斗液面高于濾紙的邊緣；玻璃棒下端靠在濾紙的單層處，導(dǎo)致濾紙破損；
（4）陽(yáng)離子Mg²⁺以氫氧化物形式沉淀所需試劑，根據(jù)題給信息和流程可知應(yīng)該先用氫氧化鉀，溶液將Mg²⁺轉(zhuǎn)化成氫氧化鎂沉淀析出同時(shí)將Al³⁺轉(zhuǎn)化成AlO₂^-溶液；
故答案為：C；
（5）Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO與HCl反應(yīng)，都生成H2O，水中的O即為金屬氧化物中的O，則含有$\frac{c}{2}×16g$=8c，m gSiO₂含O為$m×\frac{32}{60}g$，則廢渣中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{8c+\frac{32}{60}m}{w}$×100%=$\frac{8m+120c}{15w}$；
故答案為：$\frac{8m+120c}{15w}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了溶液配制實(shí)驗(yàn)過(guò)程和儀器選擇，鹽類(lèi)水解應(yīng)用，掌握物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)流程分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．