Question

10．某地煤矸石经预处理后主要含SiO₂（61%）、Al₂O₃（30%）和少量的Fe₂O₃、FeO及钙镁的化合物等．某实验小组利用其提取Al（OH）₃．

（1）“酸浸”过程中发生的主要反应的离子方程式为Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O．
为提高“酸浸”时铝浸出率，可采取的措施之一是提高酸的浓度（或适当提高反应温度或搅拌下进行反应）．
（2）“氧化”是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，其目的是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于其水解除去铁元素．
检验Fe³⁺已水解完全的方法是取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，无血红色，则Fe³⁺已水解完全．
（3）滤渣Ⅱ的主要成分是CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃．
（4）①上述流程中可循环利用的物质的化学式是CO₂（或Na₂CO₃）．
②“转化”时主要反应的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-）．
（5）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．为了获得产品Al（OH）₃，从氧化后的溶液开始，若只用纯碱一种试剂，后续操作是加入纯碱调节pH到3.2，过滤除去Fe（OH）₃等固体后，再加入纯碱调节pH到5.4，过滤得到Al（OH）₃．

Answer 1

分析 煤矸石溶于稀盐酸发生的反应有Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，然后过滤，得到的滤渣为SiO₂，向滤液中通入氯气，发生的反应为2Fe²⁺+Cl₂=2Cl^-+2Fe³⁺，向溶液中加入碳酸钠，发生的反应为3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑、CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，过滤得到的滤液中含有NaCl，向滤渣中加入过量NaOH溶液，Al（OH）₃溶解，其余沉淀不溶解，过滤后得到的滤渣II为CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，滤液中含有NaAlO₂，向滤液中通入二氧化碳，发生的反应为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-），然后过滤得到Al（OH）₃，滤液II中含有NaHCO₃或碳酸钠，据此分析解答．

解答 解：煤矸石溶于稀盐酸发生的反应有Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，然后过滤，得到的滤渣为SiO₂，向滤液中通入氯气，发生的反应为2Fe²⁺+Cl₂=2Cl^-+2Fe³⁺，向溶液中加入碳酸钠，发生的反应为3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑、CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，碳酸钠和生成的氢离子反应促进生成氢氧化镁、氢氧化铁沉淀，过滤得到的滤液中含有NaCl，向滤渣中加入过量NaOH溶液，Al（OH）₃溶解，其余沉淀不溶解，过滤后得到的滤渣II为CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，滤液中含有NaAlO₂，向滤液中通入二氧化碳，发生的反应为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-），然后过滤得到Al（OH）₃，滤液II中含有NaHCO₃或碳酸钠，
（1）酸浸过程中金属氧化物都和稀盐酸反应生成氯化物，主要离子反应方程式为Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，为提高反应速率可以采用升高温度、搅拌、增大盐酸浓度或增大煤矸石的表面积等方法，
故答案为：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；提高酸的浓度（或适当提高反应温度或搅拌下进行反应）；
（2）铁离子易水解生成沉淀且需要的pH较小，将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于其水解除去铁元素；
铁离子用KSCN溶液检验，其检验方法是：取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，无血红色，则Fe³⁺已水解完全，
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于其水解除去铁元素；取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，无血红色，则Fe³⁺已水解完全；
（3）通过以上分析知，滤渣II的成分为CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，故答案为：Fe（OH）₃；
（4）①水解时生成二氧化碳气体、转化时需要二氧化碳，在水解是需要碳酸钠、在转化时得到碳酸氢钠或碳酸钠，所以能循环利用的是CO₂（或Na₂CO₃），
故答案为：CO₂（或Na₂CO₃）；
②通过以上分析知，转化时发生的离子反应方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-
（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-），故答案为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-
（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-）；
（5）要得到较纯净的氢氧化铝，需要调节溶液的pH，要除去氢氧化铁且不能产生氢氧化铝沉淀，所以需要的pH≥3.2，除去氢氧化铁沉淀，然后再加入纯碱调节pH到5.4，过滤得到氢氧化铝沉淀，
故答案为：加入纯碱调节pH到3.2，过滤除去Fe（OH）₃等固体后，再加入纯碱调节pH到5.4，过滤得到Al（OH）₃．

点评 本题考查制备实验方案设计，为高考高频点，此种题型涉及物质性质、实验基本操作，明确物质的性质及每一步发生的反应、基本操作方法是解本题关键，熟练掌握元素化合物知识，灵活运用知识解答问题，题目难度中等．