Question

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，一种综合利用煤矸石的工艺流程如下图所示。

         

(1)写出“酸浸”过程中主要反应的离子方程式(任写一个)：

                                                                   。

(2)物质X的化学式为________。“碱溶”时反应的离子方程式为__________________。

(3)已知Fe^3＋开始沉淀和沉淀完全的pH分别为2.1和3.2，Al^3＋开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.1和5.4。为了获得Al(OH)₃产品，从煤矸石的盐酸浸取液开始，若只用CaCO₃一种试剂，后续的操作过程是                                 ，再加入CaCO₃调节pH到5.4，过滤得到Al(OH)₃

(4)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饱和溶液中不断通入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：                                                          

Answer 1

【知识点】铁、铝的重要化合物；难溶电解质的溶解平衡   C2   C3   H5

【答案解析】(1)Al₂O₃＋6H^＋===2Al^3＋＋3H₂O   【 或Fe₂O₃＋6H^＋===2Fe^3＋＋3H₂O 】

  (2)CO₂　    Al(OH)₃＋OH^－===AlO＋2H₂O

  (3)加入CaCO₃调节pH到3.2，过滤除去Fe(OH)₃后

  (4)AlCl₃饱和溶液中存在溶解平衡AlCl₃·6H₂O(s)Al^3＋(aq)＋3Cl^—(aq)＋6H₂O(l)，通入HCl气体使溶液中的c(Cl^－)增大，平衡向析出固体的方向移动，从而析出AlCl₃·6H₂O晶体。  

解析：（1）氧化铝和氧化铁都能和盐酸反应生成盐和水，反应方程式分别是：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O

（2）氯化铝和氯化铁水解都生成盐酸，碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙和二氧化碳，所以物质X是二氧化碳，氢氧化铝和氢氧化钠溶液反应生成可溶性偏铝酸钠，离子反应方程式为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O

（3）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

（4）氯化铝在溶液中存在溶解平衡，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。

【思路点拨】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，难度中等。