Question

12．用含有Al₂O₃、SiO₂和少量FeO•xFe₂O₃的鋁灰制備Al₂（SO₄）₃•18H₂O．制備步驟如下（部分操作和條件略）：
I．向鋁灰中加入過量稀H₂SO₄，過濾；
II．向濾液中加入過量KMnO₄溶液，調節(jié)溶液的pH約為3；
III．加熱，產生大量棕色沉淀，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、結晶、分離，得到產品．
（1）步驟Ⅰ過濾得到沉淀的主要成分SiO₂（填化學式），H₂SO₄溶解Al₂O₃的離子方程式是Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O．
（2）已知：生成氫氧化物沉淀的pH

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3
開始沉淀時	3.4	6.3	1.5
完全沉淀時	4.7	8.3	2.8

注：金屬離子的起始濃度為0.1mol•L^-1
根據表中數據解釋步驟II的目的pH約為3時，Fe²⁺和Al³⁺不能形成沉淀，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，可使鐵完全沉淀．
（3）己知：一定條件下，MnO₄^-可與Mn²⁺反應生成MnO₂，
①向Ⅲ的沉淀中加入濃HCl并加熱，能說明沉淀中存在MnO₂的現象是生成黃綠色氣體．反應的化學方程式為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ MnCl₂+2H₂O+Cl₂↑
②Ⅳ中加入MnSO₄的目的是除去過量的MnO₄^-．

Answer 1

分析 （1）Al₂O₃、FeO•xFe₂O₃能與硫酸反應，而SiO₂不與硫酸反應，硫酸溶解氧化鋁生成硫酸鋁和水；
（2）鐵離子開始沉淀和沉淀完全的溶液pH為1.5～2.8，鋁離子開始沉淀pH為3.4，亞鐵離子開始沉淀的溶液pH大于鋁離子完全沉淀pH，向濾液中加入過量KMnO₄溶液，目的是氧化亞鐵離子為三價鐵離子，依據圖表數據分析可知，所以調節(jié)溶液的pH約為3，可以使鐵離子全部沉淀，鋁離子不沉淀分離；
（3）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生成氯化錳、氯氣和水；
②MnO₄^-可與Mn²⁺反應生成MnO₂，過濾除去，所以可以利用MnSO₄的溶液和高錳酸鉀溶液反應生成二氧化錳，把過量高錳酸根離子除去．

解答 解：（1）Al₂O₃、FeO•xFe₂O₃能與硫酸反應，而SiO₂不與硫酸反應，步驟Ⅰ過濾得到沉淀的主要成分為：SiO₂，硫酸溶解氧化鋁生成硫酸鋁和水，反應的離子方程式為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
故答案為：SiO₂；Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（2）鐵離子開始沉淀和沉淀完全的溶液pH為1.5～2.8，鋁離子開始沉淀pH為3.4，亞鐵離子開始沉淀的溶液pH大于鋁離子完全沉淀pH，向濾液中加入過量KMnO₄溶液，目的是氧化亞鐵離子為三價鐵離子，依據圖表數據分析可知，所以調節(jié)溶液的pH約為3，可以使鐵離子全部沉淀，鋁離子不沉淀分離，步驟II的目的：pH約為3時，Fe²⁺和Al³⁺不能形成沉淀，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，可使鐵完全沉淀，
故答案為：pH約為3時，Fe²⁺和Al³⁺不能形成沉淀，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，可使鐵完全沉淀；
（3）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生成氯化錳、氯氣和水，反應方程式為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ MnCl₂+2H₂O+Cl₂↑，生成的氯氣是黃綠色氣體，能說明沉淀中存在MnO₂，
故答案為：生成黃綠色氣體；MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ MnCl₂+2H₂O+Cl₂↑；
②MnO₄^-可與Mn²⁺反應生成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^-．

點評 本題考查實驗制備方案，側重考查學生對原理及操作的分析評價、對數據的分析運用、物質的分離提純等，需要學生具備知識的基礎，難度中等．