Question

【题目】工业上以铝土矿（主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质）为原料制取铵明矾晶体[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如图所示：

请回答下列问题：

(1)试剂I为___；试剂Ⅱ为___；滤渣a的化学式为___。

(2)证明铁元素已全部转化为滤渣b的实验方法是___。

(3)滤液Ⅱ中通入足量CO2进行酸化，从而得到固体c，若用盐酸进行酸化是否可以？___，请说明理由：___。

(4)由固体d制取铵明矾溶液的化学方程式为___，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为（填操作名称）蒸发浓缩、冷却结晶、___。

(5)NH4Al(SO4)2溶液呈___（“酸性”、“碱性”或“中性”），原因是___（用离子方程式表示）。

(6)若NH4Al(SO4)2溶液、NH4HCO3溶液和NH4Cl溶液中的NH4+的物质的量浓度相等，则三种铵盐溶液的浓度从小到大的顺序为___。

Answer 1

【答案】盐酸（或稀硫酸等） NaOH溶液（或KOH溶液等） SiO2 取少量滤液Ⅱ于小试管中，向小试管中滴加KSCN溶液，若溶液不变红，说明Fe3+已全部转化为红褐色滤渣b 不可以 通入足量CO2进行酸化的目的是使滤液Ⅱ中的AlO2-转化为Al(OH)3，而Al(OH)3能溶于盐酸，不易控制加入盐酸的量，故不能用盐酸进行酸化 Al2O3＋4H2SO4＋2NH3=2NH4Al(SO4)2＋3H2O 过滤洗涤干燥 酸性 NH4+＋H2ONH3·H2O＋H+，Al3+＋3H2OAl(OH)3＋3H+ c[NH4Al(SO4)2]＜c(NH4Cl)＜c(NH4HCO3)

【解析】

根据铝土矿的成分，Al2O3为两性氧化物，Fe2O3属于碱性氧化物，SiO2属于酸性氧化物，SiO2不与盐酸或稀硫酸等酸反应，结合图中转化关系可知，红褐色滤渣b为Fe(OH)3，则试剂Ⅱ为NaOH溶液或KOH溶液等强碱溶液均可；进而推知滤渣a和试剂I。据此解答。

(1)由图中转化关系可知，红褐色滤渣b为Fe(OH)3，则试剂Ⅱ为NaOH溶液或KOH溶液等强碱溶液均可；进而推知滤渣a为SiO2，试剂I为盐酸或稀硫酸。答案为：盐酸（或稀硫酸等）；NaOH溶液（或KOH溶液等）；SiO2；

(2)可通过检验滤液Ⅱ中是否还含有Fe3+，来证明Fe3+是否已全部转化为Fe(OH)3，具体方法为：取少量滤液Ⅱ于小试管中，向小试管中滴加KSCN溶液，若溶液不变红，说明Fe3+已全部转化为红褐色滤渣b。答案为：取少量滤液Ⅱ于小试管中，向小试管中滴加KSCN溶液，若溶液不变红，说明Fe3+已全部转化为红褐色滤渣b；

(3)由上面的分析可知，滤液Ⅱ中含有AlO2-，通入足量CO2进行酸化，AlO2-可转化为Al(OH)3，CO2＋AlO2-＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCO3-，若改用盐酸进行酸化，反应过程中生成的Al(OH)3会溶于盐酸，不易控制加入盐酸的量，故不能用盐酸进行酸化。答案为：不可以；通入足量CO2进行酸化的目的是使滤液Ⅱ中的AlO2- 转化为Al(OH)3，而Al(OH)3能溶于盐酸，不易控制加入盐酸的量，故不能用盐酸进行酸化；

(4)根据流程图，固体c为Al(OH)3，固体d为Al2O3，固体d与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾，化学反应方程式为：Al2O3＋4H2SO4＋2NH3=2NH4Al(SO4)2＋3H2O。从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。答案为：Al2O3＋4H2SO4＋2NH3=2NH4Al(SO4)2＋3H2O；过滤、洗涤、干燥；

(5)NH4Al(SO4)2溶液呈酸性，因为NH4+和Al3+均能水解使溶液呈酸性，NH4+＋H2ONH3·H2O＋H+，Al3+＋3H2OAl(OH)3＋3H+。答案为：酸性；NH4+＋H2ONH3·H2O＋H+，Al3+＋3H2OAl(OH)3＋3H+；

(6)NH4Al(SO4)2溶液中，Al3+水解产生的H+对NH4+的水解起抑制作用，使NH4+的水解程度减弱，溶液中NH4+的量较多，而NH4HCO3中，HCO3-的水解产生的OH-对NH4+的水解起促进作用，使NH4+的水解程度增大，溶液中NH4+的量较少，因此，若溶液中的NH4+的物质的量浓度相等，三种铵盐溶液的浓度从小到大的顺序为：c[NH4Al(SO4)2]＜c(NH4Cl)＜c(NH4HCO3)。答案为：c[NH4Al(SO4)2]＜c(NH4Cl)＜c(NH4HCO3)。