Question

【题目】高纯度氧化铝有广泛的用途，某研究小组研究用以下流程制取高纯度氧化铝：

（1）“除杂”操作是加入H2O2后，然后用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中少量的Fe2+。

①酸性溶液中Fe2+与H2O2反应的离子方程式为___。

②过滤操作中所得到滤渣主要成分的化学式为___。

（2）检验上述流程中“过滤”后杂质是否除尽的实验方法___。

（3）配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化的目的是___。

（4）“结晶”操作中，得到铵明矾晶体（NH4Al（SO4）212H2O），采用的操作是___。

（5）铵明矾晶体的化学式为NH4Al（SO4）212H2O，在0.1mol/L铵明矾的水溶液中，c（NH4+）、c（Al3+）、c（SO42﹣）三种离子浓度由大到小的顺序为___。

Kb（NH3·H2O）=1.8×10-5KbAl（OH）3=1.38×10-9

（6）向铵明矾溶液中加入过量NaOH溶液，反应的离子方程式为___。

Answer 1

【答案】2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O Fe(OH)3 取少量滤液于试管中，滴入几滴KSCN溶液，若溶液未变成红色，说明杂质已经除尽，反之则没有除尽 抑制Al3+的水解 母液经蒸发浓缩至溶液表面刚好出现薄层晶体即停止加热，然后冷却结晶 c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+) Al3++NH4++5OH-===AlO2-+NH3·H2O+2H2O

【解析】

根据工艺流程分析可知，“除杂”过程中Fe2+先被H2O2氧化为Fe3+，用氨水调节溶液的pH为8.0，Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，过滤得到滤渣为Fe(OH)3沉淀，滤液中的主要离子为NH4+、SO42-，向滤液中加入硫酸铝溶液合成铵明矾，通过结晶析出铵明矾晶体，过滤分离出晶体，再加热即可得到高纯度的氧化铝，据此分析回答问题。

(1)①“除杂”过程中Fe2+被酸性条件下的H2O2氧化为Fe3+，由氧化还原反应规律可的其离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O，故答案为：2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O；

②用氨水调节溶液的pH为8.0，Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，反应的离子方程式为Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH4+，则滤渣为Fe(OH)3沉淀，故答案为：Fe(OH)3；

(2)检验上述流程中“过滤”后杂质是否除尽，即检验Fe3+是否存在，可用KSCN试剂检验，方法为：取少量滤液于试管中，滴入几滴KSCN溶液，若溶液未变成红色，说明杂质已经除尽，反之则没有除尽，故答案为：取少量滤液于试管中，滴入几滴KSCN溶液，若溶液未变成红色，说明杂质已经除尽，反之则没有除尽；

(3)硫酸铝溶液中，Al3+发生水解反应：Al3++3H2OAl(OH)3↓+3H+，加入硫酸酸化可使水解平衡逆向移动，抑制Al3+的水解，故答案为：抑制Al3+的水解；

(4)“结晶”操作中，为避免可溶性杂质析出，Al3+的水解，防止晶体失去结晶水，母液需经蒸发浓缩至溶液表面刚好出现薄层晶体即停止加热，然后冷却结晶得到铵明矾晶体，故答案为：母液经蒸发浓缩至溶液表面刚好出现薄层晶体即停止加热，然后冷却结晶；

(5)铵明矾晶体的化学式为NH4Al(SO4)2·12H2O，在0.1mol/L铵明矾的水溶液中，c(SO42-)=0.2mol/L，未水解前c(Al3+)=c(NH4+)=0.1mol/L，由于NH4+和Al3+均水解，且因为Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5>KbAl(OH)3=1.38×10-9，NH3·H2O的碱性大于Al(OH)3的碱性，所以Al3+的水解大于NH4+，则c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+)，故答案为：c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+)；

(6)向铵明矾溶液中加入过量NaOH溶液，Al3+转化为AlO2-，NH4+转化为NH3·H2O，反应的离子反应方程式为：Al3++NH4++5OH-===AlO2-+NH3·H2O+2H2O，故答案为：Al3++NH4++5OH-===AlO2-+NH3·H2O+2H2O。