Question

2．土壤是人类赖以生存的最基本物质，以黏土为原料生产的产品伴随着人类文明的脚步．某兴趣小组以黏土为原料探究彩色水泥、轻质耐火材料的联合生产，其设计的流程如图所示．

已知：黏土的主要成分为2CaO•3Al₂O₃•FeO•Fe₂O₃•10SiO₂•nH₂O．部分难溶物开始沉淀时和完全沉淀时的pH如表所示．

	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Al（OH）3
开始沉淀时的pH	6.3	1.9	3.4
完全沉淀时的pH	8.3	3.2	4.7

（1）为提高酸浸速率，除适当增大硫酸浓度外，还可采取的措施有搅拌、适当升温、将废渣碾细成粉末（任写一条）．
（2）向滤液Ⅰ中加入H₂O₂的作用是将滤液中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺；用CaCO₃调节溶液pH约为3.3，其目的是使Fe³⁺完全转化为Fe（OH）₃沉淀而除去．
（3）红色水泥添加剂的主要成分是Fe₂O₃．
（4）物质X的化学式为CaSO₄•2H₂O．
（5）气体M的电子式为；向滤液Ⅲ中加入CaO的作用是与水反应放热，降低NH₃的溶解度（任写一条）．
（6）氮化铝广泛用于电子陶瓷等工业领域，以滤渣Ⅲ、碳及氮气为原料可制备氮化铝，用化学方程式表示制备过程：2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O、Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO．

Answer 1

分析 根据流程图：黏土的主要成分为2CaO•3Al₂O₃•FeO•Fe₂O₃•10SiO₂•nH₂O与硫酸反应生成硫酸钙、硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁，加入双氧水将二价铁离子氧化为三价铁离子，加CaCO₃调节pH使Fe³⁺完全转化为Fe（OH）₃沉淀而除去，得到滤渣Ⅱ为氢氧化铁，加热得红色水泥添加剂的主要成分为Fe₂O₃，滤液Ⅱ中含硫酸钙、硫酸铝、加氨水，铝离子及大量钙离子转化为沉淀进入滤渣Ⅲ，滤液Ⅲ中主要含一水合氨、硫酸铵，加入CaO，与水反应放热，NH₃的溶解度降低，得气体M为NH₃，滤液含硫酸钙，蒸发结晶得物质X为CaSO₄•2H₂O，CaSO₄•2H₂O与石灰石、黏土制水泥，据此进行解答．

解答 解：根据流程图：黏土的主要成分为2CaO•3Al₂O₃•FeO•Fe₂O₃•10SiO₂•nH₂O与硫酸反应生成硫酸钙、硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁，加入双氧水将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加CaCO₃调节pH使Fe³⁺完全转化为Fe（OH）₃沉淀而除去，得到滤渣Ⅱ为氢氧化铁，加热得红色水泥添加剂的主要成分为Fe₂O₃，滤液Ⅱ中含硫酸钙、硫酸铝、加氨水，铝离子及大量钙离子转化为沉淀进入滤渣Ⅲ，滤液Ⅲ中主要含一水合氨、硫酸铵，加入CaO，与水反应放热，NH₃的溶解度降低，得气体M为NH₃，滤液含硫酸钙，蒸发结晶得物质X为CaSO₄•2H₂O，CaSO₄•2H₂O与石灰石、黏土制水泥，
（1）为提高酸浸速率，即加快反应速率，除适当增大硫酸浓度外，还可通过搅拌、适当升温、将废渣碾细成粉末可加快反应速率，
故答案为：搅拌、适当升温、将废渣碾细成粉末；
（2）根据表格中部分难溶物开始沉淀时和完全沉淀时的pH，可知要除去Fe²⁺需将其氧化为Fe³⁺，^故向滤液Ⅰ中加入H₂O₂的作用是过氧化氢具有强氧化性，可将具有还原性的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，易于转化为Fe（OH）₃而除去，用CaCO₃调节溶液pH约为3.3，其目的是使Fe³⁺完全转化为Fe（OH）₃沉淀而除去；
故答案为：将滤液中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺；使Fe³⁺完全转化为Fe（OH）₃沉淀而除去；
（3）根据流程图滤渣Ⅱ为氢氧化铁，加热得红色水泥添加剂的主要成分为Fe₂O₃，
故答案为：Fe₂O₃；
（4）根据流程图，物质X为B滤液含硫酸钙经蒸发结晶所得，且物质X与石灰石、黏土制水泥故物质X为CaSO₄•2H₂O，
故答案为：CaSO₄•2H₂O；
（5）根据流程图滤液Ⅲ中主要含一水合氨、硫酸铵，加入CaO，与水反应放热，NH₃的溶解度降低，得气体M为NH₃，且气体M可制得氨水，故气体M为NH₃，
故答案为：；与水反应放热，降低NH₃的溶解度；
（6）氮化铝广泛用于电子陶瓷等工业领域，以滤渣Ⅲ、碳及氮气为原料可制备氮化铝，根据流程图滤渣Ⅲ含Al（OH）₃，经加热得Al₂O₃，Al₂O₃，与碳及氮气制得氮化铝及生成CO，
故答案为：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO．

点评 本题考查性质方案的设计，题目难度中等，涉及氧化还原反应、化学方程式的书写、电子式、物质的分离、除杂、反应条件的控制等知识，综合性较强、知识点较多，充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．