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．

练习册系列答案
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10．某学生在实验室分别取50mL0.50mol/L盐酸和50mL0.55mol/LNaOH溶液用如图所示装置进行测定中和热的实验，并将实验数据记录如下：
 
实验次数		起始温度t1/℃终止温度t2/℃
盐酸NaOH溶液
120.220.323.7
220.320.523.8
321.521.624.9
请回答下列问题：
（1）理论上稀强酸、稀强碱反应生成1mol水时放出57.3kJ的热量，写出表示稀硫酸和稀氢氧化钠溶液反应的中和热的热化学方程式NaOH（aq）+$\frac{1}{2}$H2SO4（aq）═$\frac{1}{2}$Na2SO4（aq）+H2O（l）△H=-57.3 kJ/mol．
（2）经数据处理，t2-t1=3.4℃．则该实验测得的中和热△H=-56.8kJ/mol．
（3）假定该学生的操作完全同上，实验中改用100mL 0.50mol/L盐酸跟100mL 0.55mol/L NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量不相等（填“相等”或“不相等”），所求中和热相等（填“相等”或“不相等”）．
11．氯化铁水溶液呈酸性性，原因是：Fe3++3H2O?Fe（OH）3+3H+（用离子方程式表示）．把FeCl3溶液蒸干，灼烧，最后得到的主要固体产物是氧化铁或Fe2O3．如果要从氯化铁溶液得到纯氯化铁固体，常采用的方法是将三氯化铁溶液在HCl环境（或气氛）中加热蒸干．
8．如图是某化工厂对海水资源综合利用的示意图：

回答下列问题：
（1）电解食盐水的离子方程式为2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$ 2OH-+H2↑+Cl2↑；．
（2）电解熔融氯化镁的化学方程式为MgCl2$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg+Cl2↑．
（3）该化工厂向新母液中通入一种常见的气态氧化剂，可以制取重要的化工原料溴单质：
①制取溴单质的离子方程式为Cl2+2Br-=Br2+2Cl-．
②生产溴单质所用的气态氧化剂来源合理的是C（填写代号）：
A．以外地购买   B．在当地新建生产厂   C．从本厂生产烧碱和镁电解处循环   ③从流程图的产物看，该化工厂还可以再增加的生产的常用化工产品是生产盐酸．
15．工业上从铝土矿（主要成分是Al2O3，还含有SiO2、Fe2O3等杂质）中提取铝可采用如图工艺流程（反应条件已经省略）：

请回答下列问题：
（1）图中（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）步骤中涉及分离溶液与沉淀的实验方法是过滤（填操作名称）．
（2）Al2O3是两性氧化物，SiO2是酸性氧化物，Fe2O3是碱性氧化物，根据它们的性质，判断固体B的成分是SiO2（填化学式）．
（3）Fe2O3和盐酸反应的化学方程式是Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，沉淀C的化学式是Fe（OH）3．
（4）如果溶液D中通入“过量CO2”，改成通入“过量HCl”可以吗？为什么？不可以，因为产生Al（OH）3和过量盐酸反应．
（5）请写出上述流程中涉及的氧化还原反应的化学方程式：2Al2O3$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Al+3O2↑．
5．下列有关有机物的叙述正确的是（　　）
A．烃的组成均符合通式CnH2n+2
B．有机物均不溶于水
C．甲烷在同系物中含碳量最高，是清洁能源
D．甲烷能发生取代反应
12．下列物质中，只含离子键的是（　　）
A．N2B．HClC．NaClD．KOH
9．下列说法中，不符合ⅦA族元素性质特征的是（　　）
A．从上到下原子半径逐渐增大B．易形成-1价离子
C．最高价氧化物的水化物显酸性D．从上到下氢化物的稳定性依次减弱
10．贝诺酯又名朴炎痛，主要用于类风湿性关节炎、风湿痛、感冒发烧等的治疗．贝诺酯可由阿司匹林（Ⅰ）和扑热息痛（Ⅱ对乙酰氨基酚）合成．

其中，阿司匹林（Ⅰ）可由化合物Ⅲ经由以下步骤合成：

（1）化合物V中的含氧官能团名称是醚键、羧基．
（2）化合物VI的结构简式为，反应④的反应类型为取代反应．
（3）反应②和反应④的作用是防止氧化侧链甲基时酚羟基被氧化．
（4）化合物I发生完全水解的化学方程式为．
（5）写出化合物II的具有以下特征的一种同分异构体的结构简式．
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（6）化合物在催化作用下也能与扑热息痛（Ⅱ）发生类似①的反应，产物的结构简式为：．

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