Question

13．2014年7月31日中国经济网：河北省开展“环保亮剑”专项整治行动，强化“三废”治理．某工厂废渣的主要成分为SiO₂、MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等成分，回收废渣中的金属元素的工艺流程如图所示：

己知：常温下，饱和氨水的pH约为11，金属离子沉淀所需pH数据如表所示：

离子	以氢氧化物形式完全沉淀时所需pH	氢氧化物沉淀完全溶解时所需pH
Fe3+	3.2
A13+	5.3	11.9
Mg2+	12.3

（1）试剂①为C，试剂②为B；
A．AgNO₃     B．NaOH     C．NH₃•H₂O     D．H₂SO₄
（2）固体C的化学式是Fe（OH）₃，溶液F中金属元素的存在形式为AlO₂^-、Na⁺；
（3）写出固体A与试剂②反应的化学方程式：SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O；F中通入过量CO₂所发生的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）加入试剂②，实现溶液D到溶液F的转化，则调节溶液的pH为D．
A.6      B.10      C.12      D.13
（5）25℃时，按（4）调节pH后测得溶液F中c（Mg²⁺）=5.6×10^-10mol/L，则氢氧化镁的K_sp=5.6×10^-12；
（6）最后一步反应中涉及到两种盐，其中酸式盐的溶液中各离子浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）．

Answer 1

分析 废渣的成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，当加过量盐酸时，SiO₂和盐酸不反应，所以固体A是SiO₂，Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO和盐酸反应，所以溶液B的溶质是MgCl₂、FeCl₃、AlCl₃、盐酸；向溶液B中加试剂①并调节溶液的pH值，结合题意溶液pH=3.2时Fe³⁺已经沉淀完全知，加入的物质应该呈碱性，但铝离子和过量的NaOH反应生成偏铝酸盐，所以该试剂为NH₃•H₂O；固体C是Fe（OH）₃；向溶液D中加入试剂②溶液并调节溶液的pH值，溶液呈强碱性溶液，该试剂为NaOH，铝元素在溶液中以AlO₂^-存在，Mg ²⁺和OH^-生成Mg（OH）₂沉淀，所以固体E是Mg（OH）₂；溶液F的溶质含有NaAlO₂和NaCl，向F溶液中通入过量CO₂气体，NaAlO₂和和CO₂反应生成Al（OH）₃沉淀，所以G是Al（OH）₃，H中含有NaCl和NaHCO₃，以此解答该题．

解答 解：废渣的成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，当加过量盐酸时，SiO₂和盐酸不反应，所以固体A是SiO₂，Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO和盐酸反应，所以溶液B的溶质是MgCl₂、FeCl₃、AlCl₃、盐酸；向溶液B中加试剂①并调节溶液的pH值，结合题意溶液pH=3.2时Fe³⁺已经沉淀完全知，加入的物质应该呈碱性，但铝离子和过量的NaOH反应生成偏铝酸盐，所以该试剂为NH₃•H₂O；固体C是Fe（OH）₃；向溶液D中加入试剂②溶液并调节溶液的pH值，溶液呈强碱性溶液，该试剂为NaOH，铝元素在溶液中以AlO₂^-存在，Mg ²⁺和OH^-生成Mg（OH）₂沉淀，所以固体E是Mg（OH）₂；溶液F的溶质含有NaAlO₂和NaCl，向F溶液中通入过量CO₂气体，NaAlO₂和和CO₂反应生成Al（OH）₃沉淀，所以G是Al（OH）₃，H中含有NaCl和NaHCO₃，
（1）通过以上分析知，①是NH₃•H₂O、②是NaOH，
故选：C；B；
（2）通过以上分析知，C的化学式为Fe（OH）₃，溶液F中金属元素的存在形式为AlO₂^-、Na⁺，故答案为：Fe（OH）₃；AlO₂^-、Na⁺；
（3）A是二氧化硅，二氧化硅和试剂②NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和水，反应方程式为SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，偏铝酸钠和过量二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）加入试剂②，实现溶液D到溶液F的转化，应该时镁离子程度而铝离子不沉淀，根据表中数据知，溶液的PH应该调节为大于12.3，故选D；
（5）25℃时，按（4）调节pH后测得溶液F中c（Mg²⁺）=5.6×10^-10mol/L，则氢氧化镁的K_sp=5.6×10^-10×（0.1）²=5.6×10^-12，故答案为：5.6×10^-12；
（6）最后一步反应中涉及到两种盐为NaCl和NaHCO₃，其中酸式盐为NaHCO₃，NaHCO₃中HCO₃^-水解导致溶液呈碱性但水解程度较小，HCO₃^-水解程度大于其电离程度，水还电离生成氢离子，所以所以碳酸氢钠的溶液中各离子浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-），
故答案为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，侧重考查学生分析判断及计算能力，涉及离子浓度大小比较、溶度积常数计算、离子方程式的书写、化学试剂的选取等知识点，明确常见元素化合物性质及物质分离提纯方法是解本题关键，难点是离子浓度大小比较，题目难度中等．