Question

工业生产无铁硫酸铝，以硫酸浸取铝土矿得含铁（Fe²⁺和Fe³⁺）的硫酸铝溶液，加热到一定温度，搅拌，加入一定量高锰酸钾溶液和硫酸锰溶液，在溶液中生成活性二氧化锰，调节溶液的pH，反应一段时间，Fe（OH）₃和二氧化锰发生吸附共沉作用，最终得到无铁硫酸铝产品．

（1）KMnO₄首先将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，其本身被还原为MnO₂，反应的离子方程式为

 

．
（2）写出高锰酸钾溶液和硫酸锰溶液反应的化学方程式

 

．实验证明，

n(MnO2)

n(Fe)

控制在4：1时，除铁效果较好．若溶液中亚铁离子和铁离子浓度均为0.03mol/L，为达到较好的除铁效果，每1L溶液应加入高锰酸钾的物质的量为

 

．
（3）调节pH的作用是

 

．
（4）操作2的名称为

 

．
（5）下列有关工艺的说法正确的是

 

．（填字母序号）
A．溶液的pH越大，则除铁效果越好，但同时会影响硫酸铝的产率
B．活性二氧化锰生成量应适宜，不足时铁的去除率较低，过量时会增加成本
C．可以直接向溶液中加入二氧化锰粉末以除去Fe（OH）₃．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：工业生产无铁硫酸铝，以硫酸浸取铝土矿得含铁（Fe²⁺和Fe³⁺）的硫酸铝溶液，加热到一定温度，搅拌，加入一定量高锰酸钾溶液和硫酸锰溶液，在溶液中生成活性二氧化锰，调节溶液的pH，反应一段时间，Fe（OH）₃和二氧化锰发生吸附共沉作用，最终得到无铁硫酸铝产品；
（1）KMnO₄首先将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，其本身被还原为MnO₂，依据原子守恒和电荷守恒书写离子方程式；
（2）根据氧化还原反应中化合价升降相等，可写出化学方程式为2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄；结合离子方程式和化学方程式定量关系计算；
（3）铁离子易发生水解反应生成氢氧化铁；
（4）操作1为过滤，操作2为蒸发结晶；
（5）A．氢氧化钠与硫酸铝反应生成氢氧化铝沉淀；
B．活性二氧化锰不足时铁的去除率较低；
C．直接向溶液中加入二氧化锰粉末吸附作用太低；

解答： 解：（1）KMnO₄首先将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，其本身被还原为MnO₂，依据原子守恒和电荷守恒书写离子方程式为：MnO₄^-+3Fe²⁺+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O，
故答案为：MnO₄^-+3Fe²⁺+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O；
（2）由题意可知高锰酸钾溶液和硫酸锰溶液反应生成活性二氧化锰，根据氧化还原反应中化合价升降相等，可写出化学方程式为2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄，若溶液中亚铁离子和铁离子浓度均为0.03mol/L，溶液中含有Fe²⁺物质的量为0.03mol，调节溶液PH使铁离子全部沉淀，n（Fe）=0.06mol
   MnO₄^-+3Fe²⁺+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O，
0.01mol 0.03mol          0.01mol

n(MnO2)

n(Fe)

控制在4：1时，除铁效果较好．则n（MnO₂）=0.06mol×4=0.24mol；
反应中生成二氧化锰物质的量=0.24mol-0.01mol=0.23mol，消耗高锰酸钾物质的量：
2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄，
 2                 5
n                 0.23mol
n=0.0.092mol              
为达到较好的除铁效果，每1L溶液应加入高锰酸钾的物质的量=0.092mol+0.01mol=0102mol；
故答案为：2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄；0.102mol；
（3）铁离子易发生水解反应生成氢氧化铁，当调节溶液PH，使溶液PH增大时，易使铁离子转化为氢氧化铁沉淀除去，
故答案为：使铁离子转化为氢氧化铁沉淀除去；
（4）根据题中信息，反应一段时间，二氧化锰和Fe （OH） ₃发生吸附共沉作用，可知操作1为过滤，操作2为过滤后，滤液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤；
故答案为：过滤，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤；
（5）A．如果溶液的碱性太强，会与硫酸铝反应生成氢氧化铝沉淀而导致产率较低，故A错误；
B．活性二氧化锰不足时不能完全除去氢氧化铁，铁的去除率较低，过量时会增加成本，故B正确；
C．直接向溶液中加入二氧化锰粉末吸附作用太低，故C错误．
故答案为：B．

点评：本题考查较为综合，设计物质的制备流程、离子方程式的书写、氧化还原反应、物质的分离和提纯等问题，但题目难度中等，本题注意把握制备原理和实验流程．