题目内容

15．用含有A12O3、SiO2和少量FeO•xFe2O3的铝灰来制备A12（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、浓缩、结晶、分离，得到产品．
（1）铝在元素周期表中的位置第三周期ⅢA族；H2SO4溶解Al2O3的离子方程式是：Al2O3+6H+=2Al3++3H2O．
（2）写出Ⅱ中加入过量KMnO4溶液发生的离子方程式：5Fe2++8H++MnO4-=Mn2++5Fe3++4H2O．
（3）已知：生成氢氧化物沉淀的pH
Al（OH）3Fe（OH）2Fe（OH）3
开始沉淀时3.46.31.5
完全沉淀时4.78.32.8
注：金属离子的起始浓度为0.1mol•L-1
根据表中数据解释步骤Ⅱ的目的：将Fe2+氧化为Fe3+，调节pH值使铁元素完全沉淀．
（4）己知：一定条件下，MnO4-可与Mn2+反应生成MnO2．
①向Ⅲ的沉淀中加入浓HCI并加热，能说明沉淀中存在MnO2的现象是生成黄绿色气体．
②Ⅳ中加入MnSO4的目的是除去过量的MnO4-．
（5）在该实验条件下Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-38，当溶液的pH=3时，溶液中c（Fe3+）=4.0×10-5 mol/L．

分析 向铝灰中加入过量稀H2SO4，A12O3和少量FeO•xFe2O3和硫酸反应生成硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁，SiO2不反应，过滤除去二氧化硅；向滤液中加入过量KMnO4溶液，高锰酸钾把亚铁离子氧化成铁离子，调节溶液的pH约为3生成氢氧化铁沉淀，除去铁离子，过滤，滤液中含铝离子和过量的高锰酸根离子；加入硫酸锰把过量高锰酸根离子除去，再过滤，对滤液蒸发浓缩、结晶分离出硫酸铝晶体．
（1）Al为13号元素；氧化铝是两性氧化物溶于强酸强碱；
（2）依据氧化还原反应电子守恒和原子守恒，结合元素化合价变化分析产物和反应物；
（3）依据金属阳离子沉淀开始和完全沉淀需要的溶液PH分析，亚铁离子被氧化为铁离子，调节溶液PH使铁离子全部沉淀；
（4）①浓盐酸和二氧化锰再加热条件下生成黄绿色气体氯气；
②加入MnSO4至紫红色消失，目的是除去过量高锰酸根离子；
（5）根据氢氧化铁的溶度积及pH=3计算出溶液中铁离子浓度．

解答 解：（1）Al为13号元素，在周期表中位于第三周期第IIIA族；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：第三周期ⅢA族Al2O3+6H+=2Al3++3H2O；
（2）反应中MnO4-→Mn2+，Fe2+→Fe3+，MnO4-系数为1，根据电子转移守恒可知，Fe2+系数为$\frac{7-2}{3-2}$=5，由元素守恒可知，Fe3+系数为5，由电荷守恒可知，由H+参加反应，其系数为8，根据元素原子守恒可知，有H2O生成，其系数为4，方程式配平为MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O；
故答案为：MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O；
（3）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，铁离子开始沉淀和沉淀完全的溶液PH为1.5--2.8，铝离子和亚铁离子开始沉淀的溶液PH大于3，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；
故答案为：将Fe2+氧化为Fe3+，调节pH值使铁元素完全沉淀；
（4）一定条件下，MnO4-可与Mn2+反应生成MnO2
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的现象是生成黄绿色气体；
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）氢氧化铁的溶度积Ksp[Fe（ OH）3]=4.0×10-38，pH=3的溶液中，氢氧根离子的浓度为1×10-11mol/L，
则c（Fe3+）=$\frac{4×1{0}^{-38}}{（1×1{0}^{-11}）^{3}}$mol/L=4.0×10-5mol/L，
故答案为：4.0×10-5 mol/L．

点评 本题考查了物质的制备流程分析，涉及镁、铝、铁及其化合物性质的应用，主要是混合物分离的方法和实验设计，加入氧化剂氧化亚铁离子，调节溶液PH是沉淀分离是解题的关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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