题目内容
【题目】用含有Al2O3、SiO2和少量FeO·xFe2O3的铝灰制备Al2(SO4)3·18H2O,工艺流程如下(部分操作和条件略):
Ⅰ.向铝灰中加入过量稀H2SO4,过滤;
Ⅱ.向滤液中加入过量KMnO4溶液,调节溶液的pH约为3;
Ⅲ.加热,产生大量棕色沉淀,静置,上层溶液呈紫红色;
Ⅳ.加入MnSO4至紫红色消失,过滤;
Ⅴ..再经过一系列操作,分离得到产品。
(1)步骤Ⅰ中过滤所得滤渣主要成分为:______________________,
H2SO4溶解Al2O3的离子方程式为:_____________________。
(2)步骤Ⅱ中加入KMnO4时发生反应的离子方程式为: 。
(3)已知:生成氢氧化物沉淀的pH
Al(OH)3 | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 | |
开始沉淀时 | 3.4 | 6.3 | 1.5 |
完全沉淀时 | 4.7 | 8.3 | 2.8 |
注:金属离子的起始浓度均为0.1 mol·L-1
①根据表中数据解释步骤Ⅱ的目的:________________________,
②当Al3+开始沉淀时,Fe3+的浓度约为:_______________________。
(4)已知:一定条件下,MnO可与Mn2+反应生成MnO2。
①向Ⅲ的沉淀中加入浓盐酸并加热,能说明沉淀中存在MnO2的现象是: 。
②步骤Ⅳ中加入MnSO4的目的是: 。
(5)步骤Ⅴ中“一系列操作”是__________________、_________________。
【答案】
(1)SiO2;Al2O3+6H+ =2Al3++3H2O
(2)MnO+5 Fe2++8H+=Mn2++5 Fe3++4H2O
(3)①pH约为3时,Fe2+和Al3+不能形成沉淀,将Fe2+氧化为Fe3+,可使铁完全沉淀;②10-6.7或10-6.8
(4)①生成黄绿色气体;②除去过量的MnO
(5)蒸发浓缩、冷却结晶;
【解析】
试题分析:(1)Al2O3、FeOxFe2O3能与硫酸反应,而SiO2不与硫酸反应,步骤Ⅰ过滤得到沉淀的主要成分为:SiO2,硫酸溶解氧化铝生成硫酸铝和水,反应的离子方程式为:Al2O3+6H+=2Al3++3H2O;故答案为:SiO2;Al2O3+6H+=2Al3++3H2O;
(2)高锰酸根离子在酸溶液中被还原为锰离子,亚铁离子被氧化为铁离子,反应的离子方程式为:MnO4-+5Fe2++8H+=5Fe3++Mn2++4H2O,故答案为:MnO4-+5Fe2++8H+=5Fe3++Mn2++4H2O;
(3)①铁离子开始沉淀和沉淀完全的溶液pH为1.5~2.8,铝离子开始沉淀pH为3.4,亚铁离子开始沉淀的溶液pH大于铝离子完全沉淀pH,向滤液中加入过量KMnO4溶液,目的是氧化亚铁离子为三价铁离子,依据图表数据分析可知,所以调节溶液的pH约为3,可以使铁离子全部沉淀,铝离子不沉淀分离,步骤II的目的:pH约为3时,Fe2+和Al3+不能形成沉淀,将Fe2+氧化为Fe3+,可使铁完全沉淀,故答案为:pH约为3时,Fe2+和Al3+不能形成沉淀,将Fe2+氧化为Fe3+,可使铁完全沉淀;
②浓度为0.1molL-1的Fe3+开始沉淀时,溶液pH为1.5,所以Ksp[Fe(OH)3] = 0.1 × (10-14+1.5)3 = 1 × 10-38.5,当Al3+开始沉淀时,溶液pH为3.4,即溶液中氢氧根离子的浓度为1×10-14+3.4 molL-1=1×10-10.6 molL-1,所以Fe3+的浓度为=10-6.7 molL-1,故答案为:10-6.7 molL-1;
(4)①向Ⅲ的沉淀中加入浓HCl并加热,二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水生成的氯气是黄绿色气体,能说明沉淀中存在MnO2,故答案为:生成黄绿色气体;②MnO4-可与Mn2+反应生成MnO2,过滤除去,所以可以利用MnSO4的溶液和高锰酸钾溶液反应生成二氧化锰,把过量高锰酸根离子除去,故答案为:除去过量的MnO4-;
(5)从溶液中获得Al2(SO4)318H2O晶体,可以通过蒸发浓缩、冷却结晶的方法,故答案为:蒸发浓缩、冷却结晶。
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【题目】某同学学习了化学反应速率后,联想到曾用H2O2制备氧气,于是设计了下面的实验方案并进行实验探究。
实验编号 | 反 应 物 | 催 化 剂 |
甲 | 试管中加入3 mL 2﹪ H2O2溶液和3滴蒸馏水 | 无 |
乙 | 试管中加入3 mL 5﹪ H2O2溶液和3滴蒸馏水 | 无 |
丙 | 试管中加入3 mL 5﹪ H2O2溶液和3滴蒸馏水 | 1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液 |
丁 | 试管中加入3 mL 5﹪ H2O2溶液和3滴稀盐酸溶液 | 1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液 |
戊 | 试管中加入3 mL 5﹪ H2O2溶液和3滴NaOH溶液 | 1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液 |
【查阅资料】过氧化氢(H2O2),其水溶液俗称双氧水,常温下是一种无色液体,性质比较稳定。在加热的条件下,它能分解生成氧气。研究表明,将新制的5﹪的H2O2溶液加热到65℃时就有氧气放出,加热到80℃时就有较多氧气产生。
(1)上述实验发生反应的化学方程式为 。
(2)实验甲和实验乙的实验目的是 ;
实验丙、实验丁和实验戊的实验目的是 。
(3)请根据该同学查阅的资料分析H2O2的性质,解释实验甲和实验乙能否达到实验目的? 。
(4)实验过程中该同学对实验丙、丁、戊中产生的气体进行收集,并在2分钟内6个时间点对注射器内气体进行读数,记录数据如下表。
时间/s | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | |
气体体积/mL | 实验丙 | 9.5 | 19.5 | 29.0 | 36.5 | 46.0 | 54.5 |
实验丁 | 8.0 | 16.0 | 23.5 | 31.5 | 39.0 | 46.5 | |
实验戊 | 15.5 | 30.0 | 44.5 | 58.5 | 71.5 | 83.0 |
①对实验戊,0~20 s的反应速率v1= mL/s,100~120 s的反应速率v2= mL/s。
不考虑实验测量误差,二者速率存在差异的主要原因是 。
②如右图是根据实验收集到最大体积的气体时所用时间绘制的图像。曲线c表示的是实验 (填“丙”、“丁”或“戊”)。