Question

19．某矿石主要含Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO及少量钙镁的化合物．某实验小组利用该矿石制得较纯净Al（OH）₃的过程如下．

（1）“氧化”的目的是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于其水解除去铁元素；“氧化”时发生反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）检验“水解”得到的母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺的方法是取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，无血红色，则母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺．
（3）过滤得到的滤渣Ⅱ必须用蒸馏水洗涤，洗涤液要并入“碱溶”后得到的溶液，该操作的目的是减小铝元素损失，提高Al（OH）₃产率；
（4）第四步中用NaOH溶液溶解部分沉淀混合物的离子方程式为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O
（5）如开始所取矿石质量为5g，最后得到的Al（OH）₃的质量为3.9g，则矿石样品中Al₂O₃的质量分数为51%．

Answer 1

分析 矿石溶于稀盐酸发生的反应有Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，向滤液中加入过氧化氢氧化亚铁离子，发生的反应为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺，向溶液中加入碳酸钠，发生的反应为3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑、CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，过滤得到的滤液中含有NaCl，向滤渣中加入过量NaOH溶液，Al（OH）₃溶解，其余沉淀不溶解，过滤后得到的滤渣II为CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，滤液中含有NaAlO₂，向滤液中通入二氧化碳，发生的反应为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-），然后过滤得到Al（OH）₃，母液II中含有NaHCO₃或碳酸钠，据此分析解答，
（1）“氧化”的目的是利用过氧化氢的氧化性氧化亚铁离子为铁离子；
（2）检验“水解”得到的母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺的方法是取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液检验铁离子的存在；
（3）过滤得到的滤渣Ⅱ必须用蒸馏水洗涤，洗涤液要并入“碱溶”后得到的溶液，减少铝元素损耗；
（4）氢氧化铝具有两性，和氢氧化钠溶液发生反应，生成偏铝酸钠溶液；
（5）依据铝元素守恒计算，氢氧化铝物质的量得到氧化铝物质的量，2Al（OH）₃～Al₂O₃，据此计算质量分数．

解答 解：矿石溶于稀盐酸发生的反应有Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，向滤液中加入过氧化氢氧化亚铁离子，发生的反应为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺，向溶液中加入碳酸钠，发生的反应为3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑、CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，过滤得到的滤液中含有NaCl，向滤渣中加入过量NaOH溶液，Al（OH）₃溶解，其余沉淀不溶解，过滤后得到的滤渣II为CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，滤液中含有NaAlO₂，向滤液中通入二氧化碳，发生的反应为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-），然后过滤得到Al（OH）₃，母液II中含有NaHCO₃或碳酸钠．
（1）“氧化”的目的是利用过氧化氢的氧化性氧化亚铁离子为铁离子，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，通过调节溶液PH促进铁离子水解便于除去铁离子，
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于其水解除去铁元素；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）检验“水解”得到的母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺的方法是取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，无血红色，则母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺，
故答案为：取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，无血红色，则母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺；
（3）过滤得到的滤渣Ⅱ必须用蒸馏水洗涤，洗涤液要并入“碱溶”后得到的溶液，操作的目的是减小铝元素损失，提高Al（OH）₃产率，
故答案为：减小铝元素损失，提高Al（OH）₃产率；
（4）第四步中用NaOH溶液溶解部分沉淀混合物是利用氢氧化铝具有两性，和氢氧化钠溶液发生反应，生成偏铝酸钠溶液，反应的离子方程式为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；  
（5）如开始所取矿石质量为5g，最后得到的Al（OH）₃的质量为3.9g，由铝元素守恒可知矿石样品中Al₂O₃的质量分数=$\frac{\frac{3.9g}{78g/mol}×\frac{1}{2}×102g/mol}{5.0g/mol}$×100%=51%，
故答案为：51%．

点评 本题考查制备实验方案设计，为高考高频点，此种题型涉及物质性质、实验基本操作，明确物质的性质及每一步发生的反应、基本操作方法是解本题关键，熟练掌握元素化合物知识，灵活运用知识解答问题，题目难度中等．