Question

4．用含有A1₂0₃、SiO₂和少量FeO•xFe₂O₃的鋁灰制備A1₂（SO₄）₃•18H₂O．，
工藝流程如下（部分操作和條件略）：
Ⅰ．向鋁灰中加入過量稀H₂SO₄，過濾：
Ⅱ．向?yàn)V液中加入過量KMnO₄溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH約為x；
Ⅲ．加熱，產(chǎn)生大量棕色沉淀，靜置，上層溶液呈紫紅色：
Ⅳ．加入MnSO₄至紫紅色消失，過濾；Ⅴ．濃縮、結(jié)晶、分離，得到產(chǎn)品．
（1）將MnO₄^-氧化Fe²⁺的離子方程式補(bǔ)充完整：
1MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
（2）已知：生成氫氧化物沉淀的pH（注：金屬離子的起始濃度為0.1mol•L^-1）

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3
開始沉淀時(shí)	3.4	6.3	1.5
完全沉淀時(shí)	4.7	8.3	/

常溫下K_sp[Fe（OH）₃]=8.0×10^-38，㏒2=0.3．通常認(rèn)為殘留在溶液中的離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1時(shí)就認(rèn)為沉淀完全．試計(jì)算將溶液的pH調(diào)至3.3時(shí)Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃而沉淀完全．
（3）己知：一定條件下，MnO₄^-可與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₂，
①向Ⅲ的沉淀中加入濃HCl并加熱，能說明沉淀中存在MnO₂的現(xiàn)象是生成黃綠色氣體．
②Ⅳ中加入MnS0₄的目的是除去過量的MnO₄^-．

Answer 1

分析 向鋁灰中加入過量稀H₂SO₄，A1₂O₃和少量FeO•xFe₂O₃和硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵，SiO₂不反應(yīng)，過濾除去二氧化硅；向?yàn)V液中加入過量KMnO₄溶液，高錳酸鉀把亞鐵離子氧化成鐵離子，調(diào)節(jié)溶液的pH約為3生成氫氧化鐵沉淀，除去鐵離子，過濾，濾液中含鋁離子和過量的高錳酸根離子；加入硫酸錳把過量高錳酸根離子除去，再過濾，對(duì)濾液蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶分離出硫酸鋁晶體．
（1）依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒和原子守恒，結(jié)合元素化合價(jià)變化分析產(chǎn)物和反應(yīng)物；
（2）依據(jù)K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c³（OH^-），當(dāng)c（Fe³⁺）=1×10^-5mol•L^-1時(shí)，計(jì)算出溶液中的氫氧根離子的濃度，據(jù)此計(jì)算PH值；
（3）①濃鹽酸和二氧化錳再加熱條件下生成黃綠色氣體氯氣；
②加入MnSO₄至紫紅色消失，目的是除去過量高錳酸根離子．

解答 解：（1）反應(yīng)中MnO₄^-→Mn²⁺，F(xiàn)e²⁺→Fe³⁺，MnO₄^-系數(shù)為1，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，F(xiàn)e²⁺系數(shù)為$\frac{7-2}{3-2}$=5，由元素守恒可知，F(xiàn)e³⁺系數(shù)為5，由電荷守恒可知，由H⁺參加反應(yīng)，其系數(shù)為8，根據(jù)元素原子守恒可知，有H₂O生成，其系數(shù)為4，方程式配平為MnO₄^-+5 Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
故答案為：1；5；8H⁺；1； 5； 4H₂O；
（2）依據(jù)K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c³（OH^-），當(dāng)c（Fe³⁺）=1×10^-5mol•L^-1時(shí)，c（OH^-）=$\root{3}{\frac{K{\;}_{sp}[Fe（OH）{\;}_{3}]}{c（Fe{\;}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{8.0×10{\;}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$=2.0×10^-11mol•L^-1，所以c（H⁺）=5.0×10^-4mol•L^-1，PH=3.3，
故答案為：3.3；
故答案為：pH約為3時(shí)，F(xiàn)e²⁺和Al³⁺不能形成沉淀，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，可使鐵完全沉淀；
（3）一定條件下，MnO₄^-可與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₂
①向Ⅲ的沉淀中加入濃HCl并加熱，二氧化錳和濃鹽酸在加熱條件下反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，生成的氯氣是黃綠色氣體，能說明沉淀中存在MnO₂的現(xiàn)象是生成黃綠色氣體；
故答案為：生成黃綠色氣體；
②MnO₄^-可與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₂，過濾除去，所以可以利用MnSO₄的溶液和高錳酸鉀溶液反應(yīng)生成二氧化錳，把過量高錳酸根離子除去；
故答案為：除去過量的MnO₄^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了鎂、鋁、鐵及其化合物性質(zhì)的應(yīng)用，主要是混合物分離的方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，加入氧化劑氧化亞鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH是沉淀分離是解題的關(guān)鍵，題目難度中等．