Question

14．硫酸渣是用黄铁矿制造硫酸过程中排出的废渣，主要化学成分有SiO₂约45%，Fe₂O₃约40%，Al₂O₃约10%，MgO约5%．某学生探究性学习小组的同学设计了下列的方案，用化学基本知识进行金属元素的提取实验（已知：25℃氢氧化镁K_sp=5.6×10^-12；氢氧化铁K_sp=3.5×10^-38；氨水的电离常数K=1.8×10^-5，饱和氨水的pH约为11）

请回答下列问题：
（1）写出固体A的化学式：SiO₂．
（2）上述各步，分离得到固体和溶液的实验操作是过滤，要将固体C、固体E和固体G都转化为相应的稳定的氧化物，需进行的实验操作为灼烧（加热）．
（3）上述两步需加入试剂①调节pH，试剂①为A（填编号）
A．NaOH溶液         B．氨水C．水          D．硝酸
（4）溶液F中通入过量CO₂的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃+2 HCO₃^-．
（5）若不考虑溶液体积的变化，请计算溶液D调节到pH=13后，溶液中c（Mg²⁺）=5.6×10^-10mol•L^-1．

Answer 1

分析 硫酸渣的成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，当向硫酸渣中加过量盐酸时，二氧化硅和盐酸不反应，所以固体A是二氧化硅，氧化铁、氧化铝、氧化镁和盐酸反应，所以溶液B的溶质是氯化镁、氯化铁、氯化铝、盐酸（过量）；向溶液B中加试剂①并调节溶液的pH值为3.7，结合题意溶液pH=3.7时Fe³⁺已经沉淀完全知，试剂①是能和氯化铁反应生成沉淀的物质且和铝离子反应没有沉淀生成，所以试剂①只能是强碱溶液，固体C是氢氧化铁；向溶液D中加入试剂①并调节溶液的pH值为13，溶液呈强碱性溶液，铝元素在溶液中以偏铝酸根离子存在，镁离子和氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀，所以固体E是氢氧化镁；溶液F的溶质含有偏铝酸钠和氯化钠，向F溶液中通入过量二氧化碳气体，偏铝酸钠和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，所以G是氢氧化铝．
（1）固体A为难溶于盐酸的二氧化硅；
（2）分离得到固体和溶液的实验操作是过滤，将沉淀转化为相应的稳定的氧化物，需灼烧（加热）；
（3）试剂①是强碱溶液；
（4）溶液F中通入过量CO₂，NaAlO₂溶液和过量的CO₂反应生成氢氧化铝和碳酸氢钠；
（5）根据氢氧化镁Ksp=5.6×10^-12来计算．

解答 解：（1）硫酸渣的成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，当向硫酸渣中加过量盐酸时，二氧化硅和盐酸不反应，所以固体A是二氧化硅，化学式为：SiO₂，
故答案为：SiO₂；
（2）分离得到固体和溶液的实验操作是过滤，固体C是氢氧化铁，固体E是氢氧化镁，固体G是氢氧化铝，加热均可分解得到对应的氧化物，
故答案为：过滤    灼烧（加热）；
（3）试剂①是能和氯化铁反应生成沉淀的物质且和铝离子反应没有沉淀生成，所以试剂①只能是强碱溶液，
故选：A；
（4）NaAlO₂溶液中通入过量的CO₂反应生成氢氧化铝和碳酸氢钠，离子反应为AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃+2 HCO₃^-；
（5）因溶液的pH值为13，c（OH^-）=10^-1mol•L^-1，Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=c（Mg²⁺）×10^-2=5.6×10^-12，所以c（Mg²⁺）=5.6×10^-10 mol•L^-1，
故答案为：5.6×10^-10．

点评 本题考查了物质的分离、提纯的方法选择及应用，题目难度中等，明确各物质的性质是解本题的关键，本题注意溶度积的相关计算．