Question

高纯度氧化铝有广泛的用途，某研究小组研究用以下流程制取高纯度氧化铝：

根据上述流程图回答下列问题：
（1）“除杂”操作是加入过氧化氢后，用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中的少量Fe²⁺．写出在除去Fe²⁺离子的过程中，发生的主要反应的离子方程式：

 

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（2）检验上述流程中“过滤”后杂质是否除尽的实验方法是

 

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（3）配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，酸化的目的是

 

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（4）“结晶”这步操作中，母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层晶体即停止加热，然后冷却结晶，得到铵明矾晶体（含结晶水）．母液不能蒸干的原因是

 

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（5）铵明矾晶体的化学式为NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O，在0.1mol/L铵明矾的水溶液中，离子浓度最大的离子是

 

，离子浓度最小的离子是

 

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Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：由工艺流程可知，加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入氨水调节溶液PH值，Fe³⁺使转化为Fe（OH）₃，过滤后滤液主要含硫酸铵，再将硫酸铵和硫酸铝溶液混合反应，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等最终得到硫酸铝铵晶体，硫酸铝铵晶体热分解得到氧化铝．
（1）H₂O₂溶液具有强氧化性，可以氧化亚铁离子生成铁离子，铁离子在氨水存在的条件下生成氢氧化铁红褐色沉淀；
（2）由工艺流程可知，加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入氨水调节溶液PH值，Fe³⁺使转化为Fe（OH）₃，过滤后的滤液中可能含有Fe³⁺，用KSCN溶液检验是否含有Fe³⁺；
（3）铝离子在溶液中能够发生水解生成氢氧化铝；
（4）蒸干会析出可溶性杂质的析出，且Al³⁺水解程度增大；
（5）根据题中所给的化学式，利用铵根和铝离子水解进行解答即可．

解答： 解：（1）H₂O₂溶液具有强氧化性，可以氧化亚铁离子生成铁离子，铁离子在氨水存在的条件下生成氢氧化铁红褐色沉淀，反应的离子方程式：2Fe²⁺+H₂O₂+4NH₃?H₂O=2Fe（OH）₃↓+4NH₄⁺，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+4NH₃?H₂O=2Fe（OH）₃↓+4NH₄⁺；
（2）由工艺流程可知，加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入氨水调节溶液PH值，Fe³⁺使转化为Fe（OH）₃，过滤后的滤液中可能含有Fe³⁺，取少许滤液于试管中，加几滴KSCN溶液，若溶液不变红色，则杂质已除尽，
故答案为：取少许滤液于试管中，加几滴KSCN溶液，若溶液不变红色，则杂质已除尽；
（3）由于铝离子在溶液中能够发生水解生成氢氧化铝，所以加入硫酸酸化，抑制了铝离子的水解，故答案为：抑制Al³⁺水解；
（4）由于蒸干会析出可溶性杂质的析出，且Al³⁺水解程度增大，所以母液不能蒸干，故答案为：减少可溶性杂质的析出及Al³⁺水解；
（5）铵明矾晶体的化学式为NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O，在0.1mol/L铵明矾的水溶液中，未水解前，c（Al³⁺）=c（NH₄⁺）=0.1mol/L，由于铵根和铝离子均水解，水解结合水电离出的氢氧根，故水解后浓度均小于0.1mol/L，c（SO₄^2-）=0.2mol/L，0.2＞0.1，故答案为：SO₄^2-；OH^-．

点评：本题考查工艺流程、离子检验、盐类水解、对条件的控制选择、物质的分离提纯等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．