Question

19．某礦石主要含Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO及少量鈣鎂的化合物．某實驗小組利用該礦石制得較純凈Al（OH）₃的過程如下．

（1）“氧化”的目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于其水解除去鐵元素；“氧化”時發(fā)生反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）檢驗“水解”得到的母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺的方法是取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，無血紅色，則母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺．
（3）過濾得到的濾渣Ⅱ必須用蒸餾水洗滌，洗滌液要并入“堿溶”后得到的溶液，該操作的目的是減小鋁元素損失，提高Al（OH）₃產率；
（4）第四步中用NaOH溶液溶解部分沉淀混合物的離子方程式為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O
（5）如開始所取礦石質量為5g，最后得到的Al（OH）₃的質量為3.9g，則礦石樣品中Al₂O₃的質量分數為51%．

Answer 1

分析 礦石溶于稀鹽酸發(fā)生的反應有Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，向濾液中加入過氧化氫氧化亞鐵離子，發(fā)生的反應為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺，向溶液中加入碳酸鈉，發(fā)生的反應為3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑、CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，過濾得到的濾液中含有NaCl，向濾渣中加入過量NaOH溶液，Al（OH）₃溶解，其余沉淀不溶解，過濾后得到的濾渣II為CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，濾液中含有NaAlO₂，向濾液中通入二氧化碳，發(fā)生的反應為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-），然后過濾得到Al（OH）₃，母液II中含有NaHCO₃或碳酸鈉，據此分析解答，
（1）“氧化”的目的是利用過氧化氫的氧化性氧化亞鐵離子為鐵離子；
（2）檢驗“水解”得到的母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺的方法是取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液檢驗鐵離子的存在；
（3）過濾得到的濾渣Ⅱ必須用蒸餾水洗滌，洗滌液要并入“堿溶”后得到的溶液，減少鋁元素損耗；
（4）氫氧化鋁具有兩性，和氫氧化鈉溶液發(fā)生反應，生成偏鋁酸鈉溶液；
（5）依據鋁元素守恒計算，氫氧化鋁物質的量得到氧化鋁物質的量，2Al（OH）₃～Al₂O₃，據此計算質量分數．

解答 解：礦石溶于稀鹽酸發(fā)生的反應有Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，向濾液中加入過氧化氫氧化亞鐵離子，發(fā)生的反應為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺，向溶液中加入碳酸鈉，發(fā)生的反應為3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑、CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，過濾得到的濾液中含有NaCl，向濾渣中加入過量NaOH溶液，Al（OH）₃溶解，其余沉淀不溶解，過濾后得到的濾渣II為CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，濾液中含有NaAlO₂，向濾液中通入二氧化碳，發(fā)生的反應為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-），然后過濾得到Al（OH）₃，母液II中含有NaHCO₃或碳酸鈉．
（1）“氧化”的目的是利用過氧化氫的氧化性氧化亞鐵離子為鐵離子，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，通過調節(jié)溶液PH促進鐵離子水解便于除去鐵離子，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于其水解除去鐵元素；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）檢驗“水解”得到的母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺的方法是取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，無血紅色，則母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺，
故答案為：取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，無血紅色，則母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺；
（3）過濾得到的濾渣Ⅱ必須用蒸餾水洗滌，洗滌液要并入“堿溶”后得到的溶液，操作的目的是減小鋁元素損失，提高Al（OH）₃產率，
故答案為：減小鋁元素損失，提高Al（OH）₃產率；
（4）第四步中用NaOH溶液溶解部分沉淀混合物是利用氫氧化鋁具有兩性，和氫氧化鈉溶液發(fā)生反應，生成偏鋁酸鈉溶液，反應的離子方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；  
（5）如開始所取礦石質量為5g，最后得到的Al（OH）₃的質量為3.9g，由鋁元素守恒可知礦石樣品中Al₂O₃的質量分數=$\frac{\frac{3.9g}{78g/mol}×\frac{1}{2}×102g/mol}{5.0g/mol}$×100%=51%，
故答案為：51%．

點評 本題考查制備實驗方案設計，為高考高頻點，此種題型涉及物質性質、實驗基本操作，明確物質的性質及每一步發(fā)生的反應、基本操作方法是解本題關鍵，熟練掌握元素化合物知識，靈活運用知識解答問題，題目難度中等．