Question

15．某地煤矸石经预处理后含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量钙镁的化合物等，一种综合利用工艺设计如下：

（1）“酸浸”过程中主要反应的离子方程式为：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O．
（2）“酸浸”时，提高浸出速率的具体措施有酸的浓度、温度．（写出两个）
（3）“碱溶”的目的是发生反应为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，将Al（OH）₃ 转化为AlO₂^-，以便和Fe（OH）₃分离．物质X的化学式为CO₂．
（4）从流程中分离出来的Fe（OH）₃沉淀可在碱性条件下用KClO溶液处理，制备新型水处理剂高铁酸钾（K₂FeO₄），该反应的离子方程式为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（5）若根据过滤出的Fe（OH）₃沉淀来推算煤矸石中Fe₂O₃的含量，须将沉淀清洗干净，检验沉淀是否洗干净的具体操作方法是取最后一次洗涤液的滤液少许于试管中，滴入几滴稀硝酸酸化的硝酸银溶液，观察是否有沉淀生成，若无沉淀生成，则说明沉淀已洗干净，否则沉淀未洗干净．

Answer 1

分析 含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量钙镁的化合物用盐酸酸浸发生的反应为：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；则过滤的溶液为
氯化铁和氯化铝的溶液，加碳酸钙消耗溶液中的氢离子使三价铁离子、三价铝离子都水解生成氢氧化铁、氢氧化铝的沉淀，所以再加入氢氧化钠，只要氢氧化铝溶解反应为：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，所得溶液为偏铝酸钠溶液再通入二氧化碳进一步反应又生成氢氧化铝；
（1）能和酸反应的物质有氧化铝和氧化铁，氧化铝是两性氧化物，而氧化铁是碱性氧化物，两者与酸反应生成盐和水；
（2）酸浸”时铝浸出率的影响因素可能是酸的浓度、温度、反应物的接触面积、反应时间等都影响反应速率；
（3）氢氧化铝是两性氢氧化物和氢氧化钠能反应生成偏铝酸钠；X是碳酸钙和水解中的氢离子反应生成二氧化碳；
（4）FeCl₃与KClO在强碱性条件下反应生成K₂FeO₄，氯化钾和水；
（5）沉淀上附着的杂质为氯离子，检验洗液中是否含有氯离子即可．

解答 解：含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量钙镁的化合物用盐酸酸浸发生的反应为：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；则过滤的溶液为氯化铁和氯化铝的溶液，加碳酸钙消耗溶液中的氢离子使三价铁离子、三价铝离子都水解生成氢氧化铁、氢氧化铝的沉淀，所以再加入氢氧化钠，只要氢氧化铝溶解反应为：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，所得溶液为偏铝酸钠溶液再通入二氧化碳进一步反应又生成氢氧化铝；
（1）氧化铝和氧化铁都能和盐酸反应生成盐和水，反应方程式分别是：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案为：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）酸的浓度、温度、反应物接触面积、是否充分搅拌、反应时间等都影响反应速率，故答案为：酸的浓度；温度；
（3）氯化铝和氯化铁水解都生成盐酸，碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙和二氧化碳，所以物质X是二氧化碳，氢氧化铝和氢氧化钠溶液反应生成可溶性偏铝酸钠，离子反应方程式为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：发生反应为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，将Al（OH）₃ 转化为AlO₂^-，以便和Fe（OH）₃分离；CO₂；
（4）用FeCl₃与KClO在强碱性条件下反应生成K₂FeO₄，氯化钾和水，反应的离子方程式为2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，故答案为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（5）沉淀上附着的杂质为氯离子，用稀硝酸和硝酸银来检验洗液中是否含有氯离子即可，其操作为：取最后一次洗涤液的滤液少许于试管中，滴入几滴稀硝酸酸化的硝酸银溶液，观察是否有沉淀生成，若无沉淀生成，则说明沉淀已洗干净，否则沉淀未洗干净；
故答案为：取最后一次洗涤液的滤液少许于试管中，滴入几滴稀硝酸酸化的硝酸银溶液，观察是否有沉淀生成，若无沉淀生成，则说明沉淀已洗干净，否则沉淀未洗干净．

点评 本题以工艺流程为载体考查了溶解平衡原理、物质间的反应、除杂等知识点，这种题型是高考常考题型，综合性较强，涉及知识面较广，用教材基础知识采用知识迁移的方法分析解答，难度不大．