Question

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__________  、____________。
（2）“酸浸”时铝浸出率的影响因素可能有_____ ________、_____ ______。（写出两个）
（3）物质X的化学式为___________。“碱溶”时反应的主要离子方程式为：Fe³⁺+3OH^- = Fe(OH)₃↓；                                     。
（4）已知Fe³⁺开始沉淀和沉淀完全的pH分别为2.1和3.2，Al³⁺开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.1和5.4为了获得产品Al(OH）₃，从煤矸石的盐酸浸取液开始，若只用CaCO₃一种试剂，后续操作过程是                      。
（5）以煤矸石为原料还可以开发其他产品，例如在煤矸石的盐酸浸取液除铁后，常温下向AlCl₃溶液中不断通入HCl气体，可析出大量AlCl₃·6H₂O晶体，结合化学平衡移动原理解释析出晶体的原因：                                        。

Answer 1

（1）Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O ； Fe₂O₃+6H⁺="2" Fe ³⁺+3 H ₂O   
（2）盐酸的浓度、反应温度、煤矸石颗粒大小、是否充分搅拌、反应时间（任写两个）
（3）CO₂； Al(OH)₃ +OH^—=AlO₂^—+2H₂O    
（4）加入CaCO₃调节pH到3.2，过滤除去Fe(OH）₃后，再加CaCO₃调节pH到5.4，过滤得到Al(OH)₃
（5）AlCl₃饱和溶液中存在溶解平衡：AlCl₃·6H₂O(s）Al³⁺(aq）+3Cl^—(aq）+6H₂O(l)，通入HCl气体使溶液中c(Cl^—)增大，平衡向析出固体的方向移动从而析出AlCl₃晶体。

试题分析：（1）金属氧化物Al₂O₃、Fe₂O₃能与酸反应，而非金属氧化物不能与酸反应。所以“酸浸”过程中主要反应的离子方程式为Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O ； Fe₂O₃+6H⁺="2Fe" ^{3 +}+3H₂ O 。（2）在用酸溶解金属氧化物时，影响化学反应速率的元素有盐酸的浓度、反应温度、煤矸石颗粒大小、是否充分搅拌、反应时间等等。（3）在用酸溶解金属氧化物时酸可能过量，AlCl3、FeCl3都是强酸弱碱盐，水解使溶液显酸性。所以向该酸性溶液中加入CaCO₃时发生反应：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+ CO₂↑+H₂O。物质X是CO₂。得到的沉淀是Al(OH)₃、Fe(OH)₃。加入NaOH溶液时，由于Al(OH)₃是两性氢氧化物，能跟强碱反应溶解，发生反应为：Al(OH)₃ +OH^—=AlO₂^—+2H₂O。（4）由于Fe³⁺开始沉淀和沉淀完全的pH分别为2.1和3.2，而Al³⁺开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.1和5.4。所以为了得到纯净的Al(OH)₃，首先加入CaCO₃调节pH到3.2，得到Fe(OH）₃，将其过滤除去后，再加CaCO₃调节pH到5.4，这时又产生Al(OH）₃。把它过滤出来并加以洗涤，即得到纯净的Al(OH）₃。（5）常温下向AlCl₃溶液中不断通入HCl气体，由于在AlCl₃饱和溶液中存在溶解平衡：AlCl₃·6H₂O(s）Al³⁺(aq）+3Cl^—(aq）+6H₂O(l)，通入HCl，即增大了生成物的浓度，化学平衡逆向移动。因此可析出大量AlCl₃·6H₂O晶体。₃的两性、盐的水解平衡、离子方程式的书写、外界条件对化学反应速率、化学平衡移动的影响的知识。