题目内容

20.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图:

(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”时铝浸出率的影响因素可能有盐酸的浓度、反应温度、煤矸石颗粒大小、是否充分搅拌、反应时间等.(写出两个)
(3)“碱溶”的目的是将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)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,后续操作过程是加入CaCO3调节pH到3.2,过滤除去Fe(OH)3后,再加入CaCO3调节pH到5.4,过滤得到Al(OH)3.
(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: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.

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,只有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,二氧化硅为残渣;
(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)流程中的沉淀为氢氧化铁、氢氧化铝,氢氧化铝能溶解在氢氧化钠溶液中,而氢氧化铁不能,碳酸钙和水解中的氢离子反应生成的二氧化碳;
(4)调节溶液的pH值,可使Fe3+生成氢氧化铁而除去;
(5)氯化氢气体可以抑制氯化铝的水解;

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,只有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,二氧化硅不与酸反应,为残渣,反应的离子方程式为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的因素,
故答案为: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;
(3)流程中的沉淀为氢氧化铁、氢氧化铝,氢氧化铝能溶解在氢氧化钠溶液中,而氢氧化铁不能,所以“碱溶”的目的是将Al(OH)3 转化为AlO2-,以便和Fe(OH)3分离,碳酸钙和水解中的氢离子反应生成的二氧化碳,所以物质X的化学式为CO2,
故答案为:将Al(OH)3 转化为AlO2-,以便和Fe(OH)3分离;CO2;
(4)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,要使铁离子完全沉淀而铝离子不沉淀,则溶液的PH应该为3.2,过滤氢氧化铝沉淀时调节溶液pH为5.4,以使氢氧化铝完全沉淀,
故答案为:加入CaCO3调节pH到3.2,过滤除去Fe(OH)3后,再加入CaCO3调节pH到5.4,过滤得到Al(OH)3;
(5)氯化铝在溶液中存在溶解平衡,AlCl3•6H2O(s)?Al3+(aq)+3Cl-(aq)+6H2O(l),根据平衡移动原理可知,通入氯化氢后溶液中氯离子浓度增大,抑制氯化铝溶解,所以促进氯化铝晶体析出,
故答案为: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.

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.

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