Question

18．某地煤矸石經預處理后主要含SiO₂（61%）、Al₂O₃（30%）和少量的Fe₂O₃、FeO及MgO．實驗小組設計如下流程用其制備堿式硫酸鋁[Al₂（OH）₄SO₄]：

（1）為提高“酸浸”時鋁浸出率，可采取的措施之一是適當加熱（或將煤矸石粉碎，適當提高硫酸的濃度等）．
（2）氧化時應控制反應溫度在10℃～20℃，其原因是防止H₂O₂分解，“氧化”時可用MnO₂替代，發(fā)生的離子方程式MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
（3）試劑X為Al₂O₃，設計一個簡單的實驗，證明鐵元素已被沉淀完全：靜置，取上層清液于試管中，滴加KSCN溶液，若溶液呈現血紅色，說明未沉淀完全，反之則沉淀完全．
（4）加入CaCO₃制備堿式硫酸鋁的化學方程式Al₂（SO₄）₃+2CaCO₃+2H₂O=Al₂（OH）₄SO₄+2CaSO₄+2CO₂↑．

Answer 1

分析 煤矸石經預處理后主要含SiO₂（61%）、Al₂O₃（30%）和少量的Fe₂O₃、FeO及MgO，由實驗流程可知，加硫酸后，Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MgO均與硫酸反應，只有SiO₂不反應，酸溶后溶液中含Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺，然后加過氧化氫氧化Fe²⁺，再加X為氧化鋁、氫氧化鋁等調節(jié)pH，促進鐵離子水解轉化為沉淀，則過濾得到濾渣為SiO₂、Fe（OH）₃，除雜II除去溶液中鎂離子，濾渣Ⅱ為Mg（OH）₂，然后濾液中加硫酸酸化，再加碳酸鈣調節(jié)pH，從而制備Al₂（OH）₄SO₄，以此來解答．

解答 解：煤矸石經預處理后主要含SiO₂（61%）、Al₂O₃（30%）和少量的Fe₂O₃、FeO及MgO，由實驗流程可知，加硫酸后，Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MgO均與硫酸反應，只有SiO₂不反應，酸溶后溶液中含Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺，然后加過氧化氫氧化Fe²⁺，再加X為氧化鋁、氫氧化鋁等調節(jié)pH，促進鐵離子水解轉化為沉淀，則過濾得到濾渣為SiO₂、Fe（OH）₃，除雜II除去溶液中鎂離子，濾渣Ⅱ為Mg（OH）₂，然后濾液中加硫酸酸化，再加碳酸鈣調節(jié)pH，從而制備Al₂（OH）₄SO₄，
（1）為提高“酸浸”時鋁浸出率，可采取的措施之一是適當加熱（或將煤矸石粉碎，適當提高硫酸的濃度等），
故答案為：適當加熱（或將煤矸石粉碎，適當提高硫酸的濃度等）；
（2）氧化時應控制反應溫度在10℃～20℃，其原因是防止H₂O₂分解，“氧化”時可用MnO₂替代，發(fā)生的離子方程式為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：防止H₂O₂分解；MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（3）試劑X為Al₂O₃，設計一個簡單的實驗，證明鐵元素已被沉淀完全的方法為靜置，取上層清液于試管中，滴加KSCN溶液，若溶液呈現血紅色，說明未沉淀完全，反之則沉淀完全，
故答案為：Al₂O₃；靜置，取上層清液于試管中，滴加KSCN溶液，若溶液呈現血紅色，說明未沉淀完全，反之則沉淀完全；
（4）加入CaCO₃制備堿式硫酸鋁的化學方程式為Al₂（SO₄）₃+2CaCO₃+2H₂O=Al₂（OH）₄SO₄+2CaSO₄+2CO₂↑，
故答案為：Al₂（SO₄）₃+2CaCO₃+2H₂O=Al₂（OH）₄SO₄+2CaSO₄+2CO₂↑．

點評 本題考查混合物分離提純，為高頻考點，把握實驗流程中的反應、混合物分離方法為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的考查，涉及反應速率、氧化還原反應及離子檢驗等，綜合性較強，題目難度不大．