Question

18．用含有Al₂O₃、SiO₂和少量FeO•xFe₂O₃的铝灰制备Al₂（SO₄）₃•18H₂O，工艺流程如下（部分操作和条件略）：
Ⅰ．向铝灰中加入过量稀H₂SO₄，过滤；
Ⅱ．向滤液中加入过量KMnO₄溶液，调节溶液的pH约为3；
Ⅲ．加热，产生大量红棕色沉淀，静置，上层溶液呈紫红色；
Ⅳ．加入MnSO₄至紫红色消失，过滤；
Ⅴ．浓缩、结晶、分离，得到产品．
（1）H₂SO₄溶解A1₂O₃的化学方程式是Al₂O₃+3H₂SO₄=2Al₂（SO₄）₃+3H₂O．
（2）KMnO₄氧化Fe²⁺的离子方程式补充完整：
1MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
（3）已知：生成氢氧化物沉淀的pH

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3
开始沉淀时	3.4	6.3	1.5
完全沉淀时	4.7	8.3	2.8

注：金属离子的起始浓度为0.1mol•L^-1
根据表中数据解释步骤Ⅱ的目的：pH约为3时，Fe²⁺和Al³⁺不能形成沉淀，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，可使铁完全沉淀．
（4）己知：一定条件下，MnO₄^-可与Mn²⁺反应生成MnO₂．
①向Ⅲ的沉淀中加入浓HCl并加热，能说明沉淀中存在MnO₂的现象是生成黄绿色气体．
②Ⅳ中加入MnSO₄的目的是除去过量的MnO₄^-．

Answer 1

分析 （1）氧化铝是两性氧化物溶于强酸强碱；
（2）依据氧化还原反应电子守恒和原子守恒，结合元素化合价变化分析产物和反应物；
（3）依据金属阳离子沉淀开始和完全沉淀需要的溶液PH分析，亚铁离子被氧化为铁离子，调节溶液PH使铁离子全部沉淀；
（4）①浓盐酸和二氧化锰再加热条件下生成黄绿色气体氯气；
②加入MnSO₄至紫红色消失，目的是除去过量高锰酸根离子．

解答 解：（1）硫酸溶解氧化铝生成硫酸铝和水，反应的化学方程式为：Al₂O₃+3H₂SO₄=2Al₂（SO₄）₃+3H₂O；
故答案为：Al₂O₃+3H₂SO₄=2Al₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）高锰酸根离子在酸溶液中被还原为锰离子，亚铁离子被氧化为铁离子，反应的离子方程式为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
故答案为：1、5；8H⁺； 1、5； 4H₂O；
（3）向滤液中加入过量KMnO₄溶液，目的是氧化亚铁离子为三价铁离子，依据图表数据分析可知，铁离子开始沉淀和沉淀完全的溶液pH为1.5--2.8，铝离子和亚铁离子开始沉淀的溶液pH大于3，所以调节溶液的pH约为3，可以使铁离子全部沉淀，铝离子不沉淀分离；
故答案为：pH约为3时，Fe²⁺和Al³⁺不能形成沉淀，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，可使铁完全沉淀；
（4）一定条件下，MnO₄^-可与Mn²⁺反应生成MnO₂
①向Ⅲ的沉淀中加入浓HCl并加热，二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水，生成的氯气是黄绿色气体，能说明沉淀中存在MnO₂的现象是生成黄绿色气体；
故答案为：生成黄绿色气体；
②MnO₄^-可与Mn²⁺反应生成MnO₂，过滤除去，所以可以利用MnSO₄的溶液和高锰酸钾溶液反应生成二氧化锰，把过量高锰酸根离子除去；
故答案为：除去过量的MnO₄^-．

点评 本题考查了镁、铝、铁及其化合物性质的应用，主要是混合物分离的方法和实验设计，加入氧化剂氧化亚铁离子，调节溶液PH是沉淀分离是解题的关键，题目难度中等．