Question

3．铵明矾是一种广泛应用于医药、食品、污水处理等多个行业的重要化工产品．以高岭土（含SiO₂、Al₂O₃、少量Fe₂O₃等）为原料制备硫酸铝晶体[Al₂（SO₄）₃•18H₂O]和铵明矾[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]的工艺流程如下图所示．

请回答下列问题：
（1）高岭土首先需要灼烧，实验室灼烧高岭土所需的实验仪器有bdef（填字母）．
a．蒸发皿  b．泥三角  c．漏斗  d．酒精灯  e．三脚架  f．坩埚  g．烧杯  h．试管
（2）研究发现，随着酸熔温度升高，氧化铝的溶出率增大，但若酸熔时温度过高（超过240℃），SiO₂不仅会消耗硫酸，导致氧化铝溶出率下降，还会同时产生高温的腐蚀性气体，该副反应的化学方程式为SiO₂+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃+SO₃↑．
（3）要检验除铁后的滤液中是否含有Fe³⁺，应采取的实验方法为取少量除铁后的滤液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液变为血红色则含Fe³⁺，否则不含Fe³⁺；滤渣2的主要成分为Fe（OH）₃（填化学式）．
（4）“分离1”操作包含的实验步骤有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（5）中和结晶操作是将过滤出硫酸铝晶体后的滤液，先用硫酸调节酸铝比（溶液中游离硫酸和硫酸铝的物质的量之比），再用氨水中和至一定的pH值即可析出铵明矾晶体，写出该过程中的总反应方程式Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃•H₂O+22H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓
或Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃+24H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓．

Answer 1

分析 高岭土用浓硫酸溶解，Al₂O₃、Fe₂O₃反应得到Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，SiO₂不与硫酸反应，过滤得到滤渣1为SiO₂，滤液中含有Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃及剩余的硫酸，
研究发现，随着酸熔温度升高，氧化铝的溶出率增大，但若酸熔时温度过高（超过240℃），SiO₂不仅会消耗硫酸，导致氧化铝溶出率下降，还会同时产生高温的腐蚀性气体为三氧化硫，该副反应的化学方程式为SiO₂+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃+SO₃↑；
向滤液中加入物质除去Fe元素，然后过滤，则滤渣2为氢氧化铁，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶和过滤得到硫酸铝晶体，用硫酸调节酸铝比（溶液中游离硫酸和硫酸铝的物质的量之比），再用氨水中和至一定的pH值即可析出铵明矾晶体，反应方程式为Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃•H₂O+22H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓
或Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃+24H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓，结合题目分析解答．

解答 解：高岭土用浓硫酸溶解，Al₂O₃、Fe₂O₃反应得到Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，SiO₂不与硫酸反应，过滤得到滤渣1为SiO₂，滤液中含有Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃及剩余的硫酸，
研究发现，随着酸熔温度升高，氧化铝的溶出率增大，但若酸熔时温度过高（超过240℃），SiO₂不仅会消耗硫酸，导致氧化铝溶出率下降，还会同时产生高温的腐蚀性气体为三氧化硫，该副反应的化学方程式为SiO₂+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃+SO₃↑；
向滤液中加入物质除去Fe元素，然后过滤，则滤渣2为氢氧化铁，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶和过滤得到硫酸铝晶体，用硫酸调节酸铝比（溶液中游离硫酸和硫酸铝的物质的量之比），再用氨水中和至一定的pH值即可析出铵明矾晶体，反应方程式为Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃•H₂O+22H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓
或Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃+24H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓，
（1）高岭土首先需要灼烧，实验室灼烧高岭土所需的实验仪器有盛放药品的仪器坩埚、泥三角、用于加热的仪器酒精灯、盛放泥三角的仪器三脚架，
故选bdef；
（2）通过以上分析知，二氧化硅和浓硫酸反应方程式为SiO₂+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃+SO₃↑，
故答案为：SiO₂+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃+SO₃↑；
（3）铁离子能和KSCN溶液反应生成血红色溶液，所以要检验除铁后的滤液中是否含有Fe³⁺，应采取的实验方法为取少量除铁后的滤液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液变为血红色则含Fe³⁺，否则不含Fe³⁺；滤渣2的主要成分为Fe（OH）₃，
故答案为：取少量除铁后的滤液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液变为血红色则含Fe³⁺，否则不含Fe³⁺；Fe（OH）₃；
（4）“分离1”操作包含的实验步骤有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，
故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；过滤；
（5）通过以上分析知，该过程中的总反应方程式Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃•H₂O+22H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓或Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃+24H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓，
故答案为：Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃•H₂O+22H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓或Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃+24H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，侧重考查学生分析能力、实验基本操作能力等，明确流程图中发生的反应及基本操作方法、物质性质是解本题关键，知道常见仪器用途，题目难度不大．