Question

11．用含有Al₂O₃、SiO₂和少量FeO•xFe₂O₃的鋁灰制備Al₂（SO₄）₃•18H₂O的工藝流程圖如下（部分操作和條件略）：

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．
（1）H₂SO₄溶解Al₂O₃的離子方程式是Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O．
（2）檢驗溶液中還存在Fe³⁺的方程式是取少量濾液，向其中加入硫氰化鉀溶液，溶液變紅色，說明濾液中含Fe³⁺，反之，溶液不變紅色，說明濾液中不含Fe³⁺．
（3）“除雜”環(huán)節(jié)有如下幾個步驟，（Ⅰ）向濾液中加入過量的KMnO₄溶液，調節(jié)溶液的pH為3；（Ⅱ）加熱，產生大量棕色沉淀，靜置，上層溶液呈紫紅色；（Ⅲ）加入MnSO₄至紫紅色消失、過濾．
①配平下列離子方程式：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
②調節(jié)溶液的pH為3的目的是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向Ⅱ中的沉淀中加入濃HCl并加熱，能說明沉淀中存在MnO₂的現象是生成黃綠色氣體，寫出其反應的化學方程式：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+2H₂O+Cl₂↑；
④Ⅲ中加入MnSO₄的目的是除去過量的MnO₄^-．
（4）從多次循環(huán)使用后母液中可回收的主要物質是K₂SO₄（填化學式）

Answer 1

分析 Al₂O₃、SiO₂和少量FeO•xFe₂O₃$\stackrel{稀硫酸}{→}$$\left\{\begin{array}{l}{濾液：硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵}\\{濾渣：二氧化硅}\end{array}\right.$$\stackrel{過濾}{→}$Al₂（SO₄）₃、FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃$\stackrel{調節(jié)pH1.5-2.8}{→}$讓鐵離子沉淀完全，得到Al₂（SO₄）₃溶液，再蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥可得Al₂（SO₄）₃•18H₂O．
（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）三價鐵離子遇到硫氰酸根離子會呈現紅色，據此檢驗鐵離子；
（3）①MnO₄^-氧化Fe²⁺，Mn元素的化合價由+7價降低為+2價，Fe元素的化合價由+2價升高為+3價，結合電子、電荷守恒及原子守恒分析；
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；
④MnO₄^-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．
（4）由元素守恒可知，母液中存在較多的K⁺、SO₄^2-．

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）三價鐵離子遇到硫氰酸根離子會呈現紅色，Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃溶液，取少量濾液，向其中加入硫氰化鉀溶液，溶液變紅色，說明濾液中含Fe³⁺，反之，溶液不變紅色，說明濾液中不含Fe³⁺，
故答案為：取少量濾液，向其中加入硫氰化鉀溶液，溶液變紅色，說明濾液中含Fe³⁺，反之，溶液不變紅色，說明濾液中不含Fe³⁺；
（3）①MnO₄^-氧化Fe²⁺，Mn元素的化合價由+7價降低為+2價，Fe元素的化合價由+2價升高為+3價，由電子、電荷守恒及原子守恒可知，反應為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
故答案為：5；8H⁺；5；4H₂O；
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；
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↑；
④MnO₄^-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^-；
（4）反應后，溶液中存在較多的K⁺、SO₄^2-便留在母液中，可回收的主要物質為K₂SO₄，
故答案為：K₂SO₄．

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．