Question

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)計以下實驗方案，將硫酸渣中金屬元素轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀分離開來．
已知常溫下，部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如下：

陽離子	Fe3+	Al3+	Mg2+
開始沉淀時的pH	1.9	3.7	9.6
沉淀完全時的pH	3.2	5.2	11.0

（1）固體A溶于NaOH溶液的化學(xué)方程式為

 

．
（2）實驗室用11． 9mol/L的濃鹽酸配制250ml3.0mol/L的稀鹽酸，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和量筒外，還需要

 

．
（3）上述流程中的試劑Y最好選用下列中的

 

（選填字母編號）．
A．水    B．氧化鎂    C．氨水    D．氫氧化鈉
（4）寫出溶液D中的金屬離子在加入試劑Y時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式

 

．
（5）實驗室可用大理石和稀鹽酸反應(yīng)制取上述流程中所需的CO₂，儀器如下，裝置A產(chǎn)生CO₂，按氣流方向連接各儀器接口，順序為a→

 

，裝置C中應(yīng)盛放的試劑為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：先判斷各物質(zhì)的組成，在根據(jù)題目要求分析該題．
硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當(dāng)向硫酸渣中加過量鹽酸時，二氧化硅和鹽酸不反應(yīng)，所以固體A是二氧化硅，氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂和鹽酸反應(yīng)，所以溶液B的溶質(zhì)是氯化鎂、氯化鐵、氯化鋁、鹽酸；向溶液B中加試劑X并調(diào)節(jié)溶液的PH值為3.5，結(jié)合題意溶液pH=3.5時Fe³⁺已經(jīng)沉淀完全知，試劑X是能和氯化鐵反應(yīng)生成沉淀的物質(zhì)且和鋁離子反應(yīng)沒有沉淀生成，所以試劑X只能是強堿溶液，固體C是氫氧化鐵；向溶液D中加入試劑Y并調(diào)節(jié)溶液的PH值為13，溶液呈強堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，所以固體E是氫氧化鎂；溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳?xì)怏w，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，所以G是氫氧化鋁．
（1）根據(jù)二氧化硅和氫氧化鈉的性質(zhì)寫出相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式．
（2）根據(jù)配制一定物質(zhì)的量濃度溶液的步驟選擇所需儀器；
（3）依據(jù)陽離子Mg²⁺以氫氧化物形式沉淀所需試劑的選擇，根據(jù)題給信息和流程可知應(yīng)該先用氫氧化鈉液將Mg²⁺轉(zhuǎn)化成氫氧化鎂沉淀析出同時將Al³⁺轉(zhuǎn)化成AlO₂^-；
（4）向溶液D中加入氫氧化鈉并調(diào)節(jié)溶液的PH值為13，溶液呈強堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀；
（5）依據(jù)CO₂氣體的實驗室制備、除雜、收集方法．學(xué)生需根據(jù)實驗室制備CO₂的原理將所給儀器進行合理地組裝．利用大理石和稀鹽酸本來反應(yīng)得到的CO₂氣體中會混有HCl氣體氣質(zhì)，應(yīng)通過盛有飽和NaHCO₃溶液的洗氣瓶來除去；CO₂氣體密度大于空氣，應(yīng)采用向上排空氣法集．

解答： 解：硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當(dāng)向硫酸渣中加過量鹽酸時，二氧化硅和鹽酸不反應(yīng)，所以固體A是二氧化硅，氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂和鹽酸反應(yīng)，所以溶液B的溶質(zhì)是氯化鎂、氯化鐵、氯化鋁、鹽酸；向溶液B中加試劑X并調(diào)節(jié)溶液的PH值為3.5，結(jié)合題意溶液pH=3.5時Fe³⁺已經(jīng)沉淀完全知，試劑X是能和氯化鐵反應(yīng)生成沉淀的物質(zhì)且和鋁離子反應(yīng)沒有沉淀生成，所以試劑X只能是強堿溶液，固體C是氫氧化鐵；向溶液D中加入試劑Y并調(diào)節(jié)溶液的PH值為13，溶液呈強堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，所以固體E是氫氧化鎂；溶液F的溶質(zhì)含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳?xì)怏w，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，所以G是氫氧化鋁．
（1）通過以上分析知，A是二氧化硅，二氧化硅是酸性氧化物，能和強堿反應(yīng)生成鹽和水，
所以反應(yīng)方程式為：SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O．
故答案為：SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O．
（2）實驗室用11.9mol/L的濃鹽酸配制250mL3.0mol/L的稀鹽酸，要求掌握一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制實驗．所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和量筒外，還需要250mL容量瓶和膠頭滴管；
故答案為：250mL容量瓶、膠頭滴管；
（3）陽離子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)該先用氫氧化鈉溶液將Mg²⁺轉(zhuǎn)化成氫氧化鎂沉淀析出同時將Al³⁺轉(zhuǎn)化成AlO₂^-溶液；
故答案為：D；
（4）向溶液D中加入氫氧化鈉并調(diào)節(jié)溶液的PH值為13，溶液呈強堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，
反應(yīng)的離子方程式為：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
故答案為：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
（5）利用大理石和稀鹽酸反應(yīng)得到的CO₂氣體中會混有HCl氣體氣質(zhì)，應(yīng)通過盛有飽和NaHCO₃溶液的洗氣瓶來除去；CO₂氣體密度大于空氣，應(yīng)采用向上排空氣法集，實驗室可用大理石和稀鹽酸反應(yīng)制取上述流程中所需的CO₂，儀器如下，裝置A產(chǎn)生CO₂，按氣流方向連接各儀器接口，順序為a→d→e→c→b；
故答案為：d→e→c→b；飽和NaHCO₃溶液．

點評：本題考查了物質(zhì)的分離與提純、溶液配制實驗過程和儀器選擇，掌握物質(zhì)性質(zhì)和實驗流程分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．