Question

【题目】硫酸铝主要用作造纸工业中的沉淀剂和饮用水的絮凝剂。用铝灰（Al2O3、SiO2和少量铁的氧化物）制备硫酸铝晶体[Al2（SO4）3·18H2O]的工艺流程如图所示：

（1）滤渣1的化学式为____。

（2）“氧化”步骤的离子方程式为____。

（3）已知：相关离子生成氢氧化物沉淀的pH范围如表：

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3
开始沉淀时	3.4	6.3	1.5
完全沉淀时	4.7	8.3	2.8

根据表中数据解释调节pH为3的目的是________。

（4）“加热”步骤中反应的生成物中氧化产物与还原产物的物质的量之比为_____。

（5）“…”中一系列操作是___、冷却结晶、过滤、___、干燥。

（6）硫酸铝晶体加热发生分解的失重曲线如图所示，主要分为三个阶段：第一阶段失重40.54%，第二阶段失重48.65%，第三阶段失重84.68%，以后不再失重。

①失重第一阶段残留固体的化学式为_________。

②失重第三阶段反应的化学方程式为_________。

Answer 1

【答案】SiO2 5Fe2++MnO4-+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O 使Fe3+完全沉淀，而Al3+不沉淀，将Fe3+除去 3：2 蒸发（或加热）浓缩 洗涤 Al2（SO4）3·3H2O Al2（SO4）3Al2O3+3SO3↑

【解析】

用含有Al2O3、SiO2和少量铁的氧化物的铝灰制备Al2（SO4）318H2O，结合流程可知，水洗过滤，再加硫酸得到的固体为SiO2，滤液中含Al3+、Fe3+、Fe2+，加入KMnO4或H2O2等氧化剂是把Fe2+氧化为Fe3+，调pH目的是使Fe3+生成Fe（OH）3沉淀而除去，加入MnSO4，依据溶液紫红色消失及产物，可知MnSO4与KMnO4发生反应生成MnO2沉淀而除去MnO4-，滤液含Al2（SO4）3，蒸发浓缩、冷却结晶得到Al2（SO4）318H2O，以此来解答。

（1）铝灰的成分中只有SiO2不与硫酸反应，因此，滤渣1为SiO2；

（2）加入高锰酸钾的作用是将二价铁氧化为三价铁，离子反应方程式为：5Fe2++MnO4-+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O；

（3）为使Fe3+完全沉淀，而Al3+不沉淀，将Fe3+除去，根据表格中数据，溶液的pH值为3；

（4）加入MnSO4，依据溶液紫红色消失，可知MnSO4与KMnO4发生反应生成MnO2沉淀而除去MnO4，溶液呈酸性配平电荷时用H+配平，离子反应为：

3Mn2++2MnO4+2H2O═5MnO2↓+4H+，根据方程式可得还原剂为Mn2+，氧化剂为MnO4，MnO2既是氧化产物又是还原产物。生成物中氧化产物与还原产物的物质的量之比为3:2；

（5）又溶液变为晶体操作方法为蒸发（或加热）浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。

（6）硫酸铝晶体中结晶水的含量为×100%=48.65%，故第二阶段完全失去结晶水，得到的物质为Al2（SO4）3，第一阶段失去部分结晶水，失去结晶水数目为666×40.54%÷18=15，故第一阶段得到的物质为Al2（SO4）3·3H2O，第三阶段剩余物质的相对分子质量为666×（1-84.68%）=102，应是Al2O3，故反应方程式为Al2（SO4）3Al2O3+3SO3↑。