题目内容
【题目】洗煤和选煤过程中排出的煤矸石(主要含Al2O3、SiO2及Fe2O3)会占用大片土地,造成环境污染。某课题组利用煤矸石制备聚合氯化铝流程如下:
已知:聚合氯化铝([Al2(OH)nCl6-n]m(1≤n≤5,m≤10),商业代号PAC)是一种新型、高效絮凝剂和净水剂。
(1)酸浸的目的是___________________________;实验需要的500mL3.0 mol·L-1的盐酸,配制时所需要的玻璃仪器除量筒、烧杯、玻璃棒外还有______________________。
(2)若m=n=2,则生成PAC的化学方程式是_____________________。
(3)从含PAC的稀溶液中获得PAC固体的实验操作方法是_______、_________、_________。
(4)为了分析残渣2中铁元素的含量,某同学称取5.000g残渣2,先将其预处理使铁元素还原为Fe2+,并在容量瓶中配制成100mL溶液;然后移取25.00mL试样溶液,用1.000×10-2mol·L-1KMnO4标准溶液滴定,消耗标准溶液20.00mL。已知反应式为Fe2++MnO4-+H+—Fe3++Mn2++H2O(未配平)。判断滴定终点的依据是_______________________;残渣2中铁元素的质量分数为________________。
【答案】将煤矸石中的Al2O3及Fe2O3溶解,与SiO2分离 500mL容量瓶、胶头滴管 4AlCl3+2Ca(OH)2[Al2(OH)2Cl4]2+2CaCl2(或4AlCl3+4H2O
[Al2(OH)2Cl4]2+4HCl) 蒸发浓缩 冷却结晶 过滤 滴入最后一滴高锰酸钾溶液时,溶液出现浅紫色且在半分钟内不褪色 4.480%
【解析】
(1)酸浸的目的是除去SiO2;根据配制一定物质的量浓度的溶液的步骤确定需要的仪器。
(2)反应物是AlCl3和Ca(OH)2,若m=n=2,根据质量守恒配平即可。
(3)从溶液中获得固体的操作方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
(4)KMnO4溶液是紫色,不用其他的指示剂,根据KMnO4溶液的颜色变化即可判断滴定终点。根据电子守恒计算铁元素的含量。
(1)因为煤矸石(主要含Al2O3、SiO2及Fe2O3),所以酸浸的目的是溶解氧化铁和氧化铝,与二氧化硅分离;实验需要 的500mL3.0 mol·L-1的盐酸,配制时所需要的玻璃仪器除量筒、烧杯、玻璃棒外还有500mL的容量瓶,盛放溶液,定容时需胶头滴管;
(2)根据流程图可知,加入氢氧化钙后将铁离子除去,剩余溶液为氯化铝溶液,氯化铝与氢氧化钙加热反应生成PAC和氯化钙,化学方程式是4AlCl3+2Ca(OH)2[Al2(OH)2Cl4]2+2CaCl2(或4AlCl3+4H2O
[Al2(OH)2Cl4]2+4HCl);
(3)从溶液中得到溶质的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤,所以从含PAC的稀溶液中获得PAC固体的实验操作方法蒸发浓缩、冷却结晶、过滤;
(4)因为亚铁离子的溶液为浅黄绿色,高锰酸钾为紫色,达到滴定终点时,滴加一滴高锰酸钾溶液则溶液为浅紫色,且半分钟内不褪色;根据得失电子守恒,则亚铁离子的系数是高锰酸根离子的5倍,所以25.00mL溶液中Fe元素的质量是1.000×10-2mol·L-1×20×10-3L×5×56g/mol=0.056g,则100mL溶液中Fe元素的质量是0.056g×4=0.224g,所以残渣2中铁元素的质量分数为×100%=4.48%。
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