Question

【题目】以冶炼金属铝的废弃物铝灰为原料制取超细α－氧化铝，既能降低环境污染又可提高铝资源的利用率。已知铝灰的主要成分为A12O3（含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3），其制备流程如下：

（1）用上图中“滤渣”和NaOH焙烧制备硅酸钠，可采用的装置为_____（填选项编号）。

（2）流程中加入H2O2有气体产生，原因是___________________________________。

（3）通过调节溶液的pH来“沉铁”，得到Fe（OH）3．已知：

	Fe3+	Fe2+	Al3+
开始沉淀时的pH	2.2	7.5	3.7
完全沉淀时的pH	3.2	9.0	4.7

为保证产品的纯度，可以选用下列物质中的_______调节溶液pH（填字母），调节pH的范围为______________。

a．Al2O3 b．NaOH c．Al（OH）3 d．Na2CO3

（4）煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为：4[NH4Al（SO4）212H2O]2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O，将产生的气体通过下图所示的装置：

①集气瓶中收集到的气体是____________（填化学式）。

②装有KMnO4溶液洗气瓶的作用是____________________________。

③选用一种常用化学试剂和稀硝酸检验硫酸铝铵，该试剂_________。写出硫酸铝铵加入足量该试剂的离子方程式__________________________________________________。

④20℃时，0.1mol·L－1硫酸铝铵，其溶液pH=3,则溶液中，2c(SO42－)－c(NH4+)－3c(Al3+)=____________mol·L－1（填具体数字计算式，不必化简）

Answer 1

【答案】B Fe3+对H2O2的分解有催化作用 ac 3.2≤pH<3.7 N2 吸收SO2 Ba（OH）2 NH4++Al3++2SO42－+2Ba2++5OH－=AlO2－+2BaSO4↓+NH3+3H2O 10－3－10－11

【解析】

（1）铝灰中A12O3、FeO、Fe2O3均被稀硫酸溶解，所以剩余的“滤渣”的主要成分是SiO2；二氧化硅与氢氧化钠焙烧制备硅酸钠；蒸发皿不能用来加热固体；铁与二氧化硅、氢氧化钠均不反应，可以用铁坩埚进行加热；玻璃中含二氧化硅和氢氧化钠反应；瓷坩埚含有二氧化硅和氢氧化钠反应；

（2）双氧水在氧化亚铁离子时，溶液中的Fe3+对H2O2的分解有催化作用，所以流程中加入H2O2有气体产生；

（3）本流程最终制备氧化铝，因此，要加入含有铝元素，能够与酸反应，但不溶于水的化合物来调节溶液的pH，氧化铝、氢氧化铝都不溶于水，都能和酸反应，溶解后又不产生新杂质，满足流程要求；而氢氧化钠、碳酸钠不仅和铁离子反应，也能和铝离子反应，无法达到只沉铁的目的；

为了使铁离子变为沉淀，而铝离子不沉淀，根据表中数据可知，调节溶液的pH的范围为3.2≤pH<3.7；

（4）将产生的混合气体通入装置中，水分溶在NaHSO3溶液中，SO3溶于水生成H2SO4，H2SO4与NaHSO3反应生成SO2；同时NaHSO3溶液能与氨水反应，所以混合气体中被吸收了SO3和NH3；KMnO4具有强氧化性，能将SO2氧化，最终用排水法收集N2。

①NH4Al（SO4）212H2O分解生成的气体NH3和SO3被亚硫酸钠吸收，二氧化硫被高锰酸钾吸收，所以最后集气瓶中收集到的气体是N2；

②KMnO4具有强氧化性，能将SO2氧化吸收；因此装有KMnO4溶液洗气瓶的作用是吸收SO2；

③NH4Al（SO4）212H2O晶体中含有铵根离子、铝离子和硫酸根离子，加入浓Ba(OH)2溶液就可以检验出三种离子；硫酸铝铵加入足量Ba(OH)2溶液反应生成硫酸钡、偏铝酸钡、一水合氨，据此写出离子方程式；

④20℃ 时，0.1mol·L－1硫酸铝铵，其溶液pH=3，根据电荷守恒分析离子浓度的关系。

（1）能够焙烧固体的装置是坩埚，NaOH能和二氧化硅反应生成硅酸钠，所以不能采用瓷坩埚灼烧，所以应该采用铁坩埚，故选B，

故答案为：B；

（2）在实验流程中，H2O2具有氧化性，能氧化亚铁离子生成铁离子，离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，而Fe3+对H2O2的分解有催化作用。

故答案为：Fe3+对H2O2的分解有催化作用；

（3）为保证产品-氧化铝的纯度，可以选用a．A12O3 c．Al(OH)3调节溶液pH。Fe3+开始沉淀的pH=2.2，沉淀完全的pH=3.2要使Fe3+完全沉淀调节pH的范围为3.2≤pH＜3.7。

故答案为：a c； 3.2≤pH＜3.7；

（4）①依据方程式：4[NH4Al（SO4）212H2O]2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O，煅烧硫酸铝铵晶体，生成的气体有NH3、N2、SO3、SO2、H2O，混合气体中氨气、三氧化硫易溶于水，能够被饱和NaHSO3溶液吸收，二氧化硫具有还原性能够被酸性高锰酸钾溶液吸收，氮气不溶于水，不能被吸收，剩余N2，所以集气瓶中收集到的气体是N2；

故答案为：N2；

②二氧化硫能够与酸性高锰酸钾发生氧化还原反应，所以装有KMnO4溶液洗气瓶的作用是吸收SO2；

故答案为：吸收SO2；

③NH4Al（SO4）212H2O晶体中含有铵根离子、铝离子和硫酸根离子，加入浓Ba(OH)2溶液就可以检验出三种离子：向硫酸铝铵溶液中逐滴浓氢氧化钡溶液直至过量，先产生白色沉淀，并闻到有刺激性气味；因为硫酸钡不溶于强碱，而氢氧化铝溶于过量的强碱；所以当碱过量后，白色沉淀部分溶解；

硫酸铝铵加入足量Ba(OH)2溶液反应生成硫酸钡、偏铝酸钡、一水合氨；离子方程式NH4++Al3++2SO42－+2Ba2++5OH－=AlO2－+2BaSO4↓+NH3+3H2O；

故答案为：Ba(OH)2；NH4++Al3++2SO42－+2Ba2++5OH－=AlO2－+2BaSO4↓+NH3+3H2O；

④20℃ 时，0.1mol·L－1硫酸铝铵，其溶液pH=3，根据电荷守恒，有2c(SO42-)-c(NH4+)-3c(Al3+)=c(H+)-c(OH-)= c(H+)-=(10-3-10-11)molL-1，

故答案为：10-3-10-11。