Question

11．粉煤灰（主要含有SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃等）是燃煤发电过程中产生的废渣，粉煤灰的综合利用具有很大的价值．
Ⅰ．研究人员通过实验对粉煤灰中铝和铁元素的分离工艺进行了研究．
（1）以硫酸溶液分解粉煤灰，使其中的铝、铁元素溶出，过滤实现初步分离．
①写出硫酸溶液与Fe₂O₃反应的离子方程式6H⁺+Fe₂O₃=2Fe³⁺+3H₂O．
②初步分离得到的滤渣主要成分是SiO₂．
（2）向（1）分离所得的滤液中加入还原剂使Fe³⁺转化为Fe²⁺，结合表分析其原因Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀的pH相近，不易通过沉淀分离．

物质	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Al（OH）3
沉淀区间（pH）	7.06～8.95	1.94～3.20	3.69～4.8

（3）使用碱性较弱的氨水为pH调节剂，进行分离实验．
①氨水使滤液中铝离子沉淀的离子方程式为3NH₃•H₂O+Al³⁺=Al（OH）₃+3NH₄⁺．
②反应终点的pH对铝和铁分离效果的影响如图1．根据实验结果，为达到好的分离效果，反应过程中控制pH的范围是略小于5，选择该范围的理由是铝元素沉淀较多，铁元素还没有开始大量的沉淀．

Ⅱ．NH₄HSO₄和H₂SO₄按物质的量比1：1混合配制成浸取液，220℃时，可将高铝粉煤灰中Al₂O₃转化为硫酸铝铵[NH₄Al（SO₄）₂]，然后分离、煅烧获得纯Al₂O₃．
已知硫酸铝铵：①溶解度：0℃时，S=5.2g；100℃时，S=421.9g．
②280℃时分解．
（1）依据资料可知，将硫酸铝铵与其他溶质分离的方法是冷却、结晶．
（2）煅烧NH₄Al（SO₄）₂同时得到混合气体（NH₃、N₂、SO₂、SO₃、H₂O）．若16mol混合气体按图2装置被完全吸收制得浸取液，请将图2中试剂及其物质的量补充完整．

Answer 1

分析 I．（1）①硫酸溶液与Fe₂O₃反应，生成硫酸铁、水；
②SiO₂不与硫酸反应；
（2）加入还原剂使Fe³⁺转化为Fe²⁺，避免铁离子、铝离子均转化为沉淀；
（3）①氨水使滤液中铝离子沉淀，生成氢氧化铝和铵根离子；
②为达到好的分离效果，由图可知，pH在4.5～5Al的沉淀率较高；
Ⅱ．由信息可知，溶解度受温度影响大，加热时发生4NH₄Al（SO₄）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+5SO₃↑+3SO₂↑+2NH₃↑+N₂↑+5H₂O↑，由图可知氮气排出，试剂Y可氧化二氧化硫，试剂X吸收二氧化硫，以此来解答．

解答 解：Ⅰ（1）①硫酸溶液与Fe₂O₃反应的离子方程式为6H⁺+Fe₂O₃=2Fe³⁺+3H₂O，故答案为：6H⁺+Fe₂O₃=2Fe³⁺+3H₂O；
②SiO₂不与硫酸反应，则初步分离得到的滤渣主要成分是SiO₂，故答案为：SiO₂；
（2）向（1）分离所得的滤液中加入还原剂使Fe³⁺转化为Fe²⁺，由表格数据可知，因Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀的pH相近，不易通过沉淀分离，
故答案为：Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀的pH相近，不易通过沉淀分离；
（3）①氨水使滤液中铝离子沉淀的离子方程式为3NH₃•H₂O+Al³⁺=Al（OH）₃+3NH₄⁺，
故答案为：3NH₃•H₂O+Al³⁺=Al（OH）₃+3NH₄⁺；
②反应终点的pH对铝和铁分离效果的影响如图1．根据实验结果，为达到好的分离效果，反应过程中控制pH的范围是略小于5 （或在4.5～5之间均可），因铝元素沉淀较多，铁元素还没有开始大量的沉淀，
故答案为：略小于5；铝元素沉淀较多，铁元素还没有开始大量的沉淀；
Ⅱ．（1）由信息可知，溶解度受温度影响大，则将硫酸铝铵与其他溶质分离的方法是冷却、结晶，故答案为：冷却、结晶；
（2）加热时发生4NH₄Al（SO₄）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+5SO₃↑+3SO₂↑+2NH₃↑+N₂↑+5H₂O↑，由图可知氮气排出，试剂Y可氧化二氧化硫，试剂X吸收三氧化硫，则试剂Y为O₂，16mol混合气体含2mol氨气，氧化后由S原子守恒可得到8mol三氧化硫，NH₄HSO₄和H₂SO₄按物质的量比1：1混合配制成浸取液，由8SO₃～4NH₃，则试剂X为含2mol溶质的氨水，
故答案为：．

点评 本题考查混合物的分离提纯，为高频考点，把握物质的性质、发生的反应、习题中的信息为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意II中（2）为解答的难点，注意元素化合物知识的迁移应用，题目难度不大．