Question

18．洗煤和選煤過程中排出的煤矸石（主要含Al₂O₃、SiO₂及Fe₂O₃）會占用大片土地，造成環(huán)境污染．
某課題組利用煤矸石制備聚合氯化鋁流程如下：

已知：聚合氯化鋁（[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m（1≤n≤5，m≤10），商業(yè)代號PAC）是一種新型、高效絮凝劑和凈水劑．
（1）酸浸的目的是將煤矸石中的Al₂O₃及Fe₂O₃溶解，與SiO₂分離；實驗需要 的500mL3.0mol•L^-1的鹽酸，配制時所需要的玻璃儀器除量筒、燒杯、玻璃棒外還有500mL容量瓶、膠頭滴管．
（2）若m=n=2，則生成PAC的化學方程式是4AlCl₃+4NH₃•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Al₂（OH）₂Cl₄]₂+4NH₄Cl
（或4AlCl₃+4H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Al₂（OH）₂Cl₄]₂+4HCl）．
（3）從含PAC的稀溶液中獲得PAC固體的實驗操作方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾．
（4）為了分析殘渣2中鐵元素的含量，某同學稱取5.000g殘渣2，先將其預處理使鐵元素還原為Fe²⁺，并在容量瓶中配制成100mL溶液；然后移取25.00mL試樣溶液，用1.000×10^-2 mol•L^-1KmnO₄標準溶液滴定，消耗標準溶液20.00mL．已知反應式為Fe²⁺+MnO₄^-+H⁺-Fe³⁺+Mn²⁺+H₂O（未配平）．判斷滴定終點的依據是滴入最后一滴高錳酸鉀溶液時，溶液出現紫紅色且在半分鐘內不褪；殘渣2中鐵元素的質量分數為4.480%．

Answer 1

分析 煤矸石（主要含Al₂O₃、SiO₂及Fe₂O₃）中加入稀鹽酸并加熱，發(fā)生的反應為Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，SiO₂不溶于稀鹽酸，然后過濾得到的濾渣1中成分為SiO₂，濾液中溶質為AlCl₃、FeCl₃，向濾液中加入適量氨水溶液并加熱，發(fā)生反應4AlCl₃+4NH₃•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Al₂（OH）₂Cl₄]₂+4NH₄Cl（或4AlCl₃+4H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Al₂（OH）₂Cl₄]₂+4HCl）、FeCl₃+3NH₃．H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄Cl，過濾得到濾渣2為Fe（OH）₃，濾液中成分為[Al₂（OH）₂Cl₄]₂、NH₄Cl，
（1）酸浸的目的是將氧化鋁和氧化鐵與二氧化硅分離；實驗需要的500mL3.0mol•L^-1的鹽酸，配制時所需要的玻璃儀器除量筒、燒杯、玻璃棒外還有500mL容量瓶、膠頭滴管；
（2）若m=n=2，聚合氯化鋁（[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m的化學式為聚合氯化鋁（[Al₂（OH）₂Cl₄]₂，氯化鋁和一水合氨反應生成PAC和氯化銨；
（3）從溶液中獲取固體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌方法；
（4）Fe²⁺+MnO₄^-+H⁺-Fe³⁺+Mn²⁺+H₂O中Fe元素化合價由+2價變?yōu)?3價、Mn元素化合價由+7價變?yōu)?2價，轉移電子數為5，離子反應方程式為5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，根據亞鐵離子和高錳酸鉀的關系式計算亞鐵離子的物質的量，鐵元素質量=nM，從而計算其質量分數；滴定終點為滴入最后一滴高錳酸鉀溶液時，溶液出現紫紅色且在半分鐘內不褪．

解答 解：煤矸石（主要含Al₂O₃、SiO₂及Fe₂O₃）中加入稀鹽酸并加熱，發(fā)生的反應為Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，SiO₂不溶于稀鹽酸，然后過濾得到的濾渣1中成分為SiO₂，濾液中溶質為AlCl₃、FeCl₃，向濾液中加入適量氨水溶液并加熱，發(fā)生反應4AlCl₃+4NH₃•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Al₂（OH）₂Cl₄]₂+4NH₄Cl（或4AlCl₃+4H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Al₂（OH）₂Cl₄]₂+4HCl）、FeCl₃+3NH₃．H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄Cl，過濾得到濾渣2為Fe（OH）₃，濾液中成分為[Al₂（OH）₂Cl₄]₂、NH₄Cl，
（1）氧化鐵、氧化鋁都溶于稀鹽酸，二氧化硅不溶于稀鹽酸，所以酸浸的目的是將氧化鋁和氧化鐵與二氧化硅分離；實驗需要的500mL3.0mol•L^-1的鹽酸，配制時所需要的玻璃儀器除量筒、燒杯、玻璃棒外還有500mL容量瓶、用于定容的膠頭滴管，
故答案為：將煤矸石中的Al₂O₃及Fe₂O₃溶解，與SiO₂分離；
（2）若m=n=2，聚合氯化鋁（[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m的化學式為聚合氯化鋁（[Al₂（OH）₂Cl₄]₂，
氯化鋁和一水合氨反應生成PAC和氯化銨，反應方程式為4AlCl₃+4NH₃•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Al₂（OH）₂Cl₄]₂+4NH₄Cl（或4AlCl₃+4H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Al₂（OH）₂Cl₄]₂+4HCl），
故答案為：4AlCl₃+4NH₃•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Al₂（OH）₂Cl₄]₂+4NH₄Cl（或4AlCl₃+4H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Al₂（OH）₂Cl₄]₂+4HCl）；
（3）從溶液中獲取固體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌方法，故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結晶；過濾；
（4）Fe²⁺+MnO₄^-+H⁺-Fe³⁺+Mn²⁺+H₂O中Fe元素化合價由+2價變?yōu)?3價、Mn元素化合價由+7價變?yōu)?2價，轉移電子數為5，離子反應方程式為5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，根據亞鐵離子和高錳酸鉀的關系式得n（Fe²⁺）=$\frac{1.000×1{0}^{-2}mol/L×0.020L}{1}×5$=1×10^-3 mol，100mL溶液中n（Fe²⁺）=1×10^-3 mol×4=4×10^-3 mol，鐵元素質量=nM=4×10^-3 mol×56g/mol=0.224g，Fe元素質量分數=$\frac{0.224g}{5.000g}×100%$=4.480%；滴定終點為滴入最后一滴高錳酸鉀溶液時，溶液出現紫紅色且在半分鐘內不褪，
故答案為：滴入最后一滴高錳酸鉀溶液時，溶液出現紫紅色且在半分鐘內不褪；4.480%．

點評 本題考查物質分離和提純，為高頻考點，涉及氧化還原反應及其計算、基本操作、儀器選取等知識點，明確實驗原理是解本題關鍵，知道流程圖中發(fā)生的反應及基本操作，注意選取容量瓶要注明規(guī)格，題目難度中等．