题目内容

12．用含有A1203、SiO2和少量FeO•xFe2O3的铝灰制备A12（SO4）3•18H2O．，工艺流程如下（部分操作和条件略）：
Ⅰ．向铝灰中加入过量稀H2SO4，过滤：
Ⅱ．向滤液中加入过量KMnO4溶液，调节溶液的pH约为3；
Ⅲ．加热，产生大量棕色沉淀，静置，上层溶液呈紫红色：
Ⅳ．加入MnSO4至紫红色消失，过滤；
Ⅴ．浓缩、结晶、分离，得到产品．
（1）H2SO4溶解A12O3的离子方程式是Al2O3+6H+=2Al3++3H2O
（2）KMnO4氧化Fe2+的离子方程式补充完整：
1MnO4+5Fe2++8H+=1Mn2++5Fe3++4H2O
（3）已知：
生成氢氧化物沉淀的pH
Al（OH）3Fe（OH）2Fe（OH）3
开始沉淀时3.46.31.5
完全沉淀时4.78.32.8
注：金属离子的起始浓度为0.1mol•L-1
根据表中数据解释步骤Ⅱ的目的：除去铁元素
（4）己知：一定条件下，MnO4-可与Mn2+反应生成MnO2，
①向Ⅲ的沉淀中加入浓HCI并加热，能说明沉淀中存在MnO2的现象是浓盐酸与MnO2加热生成黄绿色气体Cl2即可判断MnO2是否存在．
②Ⅳ中加入MnSO4的目的是除去过量的MnO4-．

分析 向铝灰中加入过量稀H2SO4，A12O3和少量FeO•xFe2O3和硫酸反应生成硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁，SiO2不反应，过滤除去二氧化硅；向滤液中加入过量KMnO4溶液，高锰酸钾把亚铁离子氧化成铁离子，调节溶液的pH约为3生成氢氧化铁沉淀，除去铁离子，过滤，滤液中含铝离子和过量的高锰酸根离子；加入硫酸锰把过量高锰酸根离子除去，再过滤，对滤液蒸发浓缩、结晶分离出硫酸铝晶体，
（1）氧化铝是两性氧化物溶于强酸强碱；
（2）依据氧化还原反应电子守恒和原子守恒，结合元素化合价变化分析产物和反应物；
（3）依据金属阳离子沉淀开始和完全沉淀需要的溶液PH分析，亚铁离子被氧化为铁离子，调节溶液PH使铁离子全部沉淀；
（4）①浓盐酸和二氧化锰再加热条件下生成黄绿色气体氯气；
②加入MnSO4至紫红色消失，目的是除去过量高锰酸根离子．

解答 解：向铝灰中加入过量稀H2SO4，A12O3和少量FeO•xFe2O3和硫酸反应生成硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁，SiO2不反应，过滤除去二氧化硅；向滤液中加入过量KMnO4溶液，高锰酸钾把亚铁离子氧化成铁离子，调节溶液的pH约为3生成氢氧化铁沉淀，除去铁离子，过滤，滤液中含铝离子和过量的高锰酸根离子；加入硫酸锰把过量高锰酸根离子除去，再过滤，对滤液蒸发浓缩、结晶分离出硫酸铝晶体，
（1）硫酸溶解氧化铝生成硫酸铝和水，反应的离子方程式为：Al2O3+6H+=2Al3++3H2O；
故答案为：Al2O3+6H+=2Al3++3H2O；
（2）反应中MnO4-→Mn2+，Fe2+→Fe3+，MnO4-系数为1，根据电子转移守恒可知，Fe2+系数为$\frac{7-2}{3-2}$=5，由元素守恒可知，Fe3+系数为5，由电荷守恒可知，由H+参加反应，其系数为8，根据元素原子守恒可知，有H2O生成，其系数为4，方程式配平为MnO4-+5 Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O；
故答案为：1；5；8H+；1；5；4H2O；
（3）向滤液中加入过量KMnO4溶液，目的是氧化亚铁离子为三价铁离子，依据图表数据分析可知，铁离子开始沉淀和沉淀完全的溶液PH为1.5--2.8，铝离子和亚铁离子开始沉淀的溶液PH大于3，所以调节溶液的pH约为3，可以使铁离子全部沉淀，铝离子不沉淀分离；
故答案为：除去铁元素；
（4）一定条件下，MnO4-可与Mn2+反应生成MnO2
①向Ⅲ的沉淀中加入浓HCl并加热，二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水，生成的氯气是黄绿色气体，能说明沉淀中存在MnO2的现象是生成黄绿色气体；
故答案为：浓盐酸与MnO2加热生成黄绿色气体Cl2即可判断MnO2是否存在；
②MnO4-可与Mn2+反应生成MnO2，过滤除去，所以可以利用MnSO4的溶液和高锰酸钾溶液反应生成二氧化锰，把过量高锰酸根离子除去；
故答案为：除去过量的MnO4-．

点评 本题考查了镁、铝、铁及其化合物性质的应用，主要是混合物分离的方法和实验设计，加入氧化剂氧化亚铁离子，调节溶液PH是沉淀分离是解题的关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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13．下列各组离子可能大量共存的是（　　）
A．与铝反应放出氢气的溶液中：Na+、Cl-、S2-、SO32-
B．常温下$\frac{{k}_{w}}{c（{H}^{+}）}$=1×10-13mol•L-1的溶液中：Ca2+、Fe2+、NO3-、NH4+
C．水电离出的c（H+）=10-10mol•L-1的溶液中Na+、K+、Cl-、HCO3-
D．0.5mol•L-1AlCl3溶液中可能大量存在[Al（OH）4]-、K+、CO32-
3．某温度下，在一个体积为2L的固定不变的密闭容器中充入0.3mol SO2和0.2mol O2，发生2SO2+O2?2SO3反应．几分钟后反应达到化学平衡状态，测得容器中气体压强变为原来的90%，则该反应达到平衡时SO2的转化率为33.3%．
20．氮化钛（Ti3N4）为金黄色晶体，由于具有令人满意的仿金效果，越来越多地成为黄金的代替品．以TiCl4为原料，经过一系列反应（如图1所示）可以制得Ti3N4和TiO2．
图1中的M是短周期金属元素，M的部分电离如下表：
  I1I2I3 I4 I5
 电离能/KJ•mol-1 7381451 7733 10540 13630 
（1）M是Mg（填元素符号），该金属晶体的堆积模型为六方最密堆积（填六方最密堆积或面心立方最密堆积）配位数为12．
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（3）纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，纳米TiO2催化的一个实例如图2所示．化合物甲的分子式中采取sp2杂化的碳原子数为7，化合物乙中采取sp3方式杂化的原子对应的元素的电负性由大到小的顺序为O＞N＞C．
（4）有一种氮化钛晶体的晶胞与NaCl相似，如图3所示．该晶体中与N原子距离相等且最近的N原子有12个，该晶体的化学式为TiN．
7．纳米级Cu2O是优良的催化剂和半导体材料，工业上常用下列方法制备Cu20．
（1）热还原法：
加热条件下，用液态肼（ N2H4）还原新制的Cu（ OH）2制备Cu20，同时放出N2．该反应的化学方程式为4Cu（OH）2+N2H4$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$N2↑+2Cu2O+6H2O．
（2）电解法：以氢氧燃料电池为电源，用电解法制备Cu20的装置如图所示．

①A的化学式为O2．
②燃料电池中，OH-的移动方向为由左向右（填“由左向右”或“由右向左”）；电解池中，阳极的电极反应式为2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O．
③电解一段时间后，欲使阴极室溶液恢复原来组成，应向其中补充一定量H2O（填化学式）．
④制备过程中，可循环利用的物质为H2（填化学式）．
（3）干法还原法
利用反应Cu+CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Cu2O也可制备Cu20．将反应后的均匀固体混合物（含有三种成分）等分为两份，一份与足量H2充分反应后，固体质量减少6.4g；另一份恰好溶于500mL稀硝酸，生成标准状况下4.48L NO，该稀硝酸的物质的量浓度为3.2mol•L-1．
17．工业废水中的Cr2O72-和CrO42-对生态系统造成很大的损害，其中还原沉淀法是一种常用的处理方法．流程如图，下列说法正确的是（　　）
CrO${\;}_{4}^{2-}$$→_{①转化}^{H+}$Cr2O${\;}_{7}^{2-}$$→_{②还原}^{Fe_{2}+}$Cr3+$→_{③沉淀}^{沉淀剂a}$沉淀A．
A．沉淀A只有Cr（OH）3
B．第①步平衡体系中，加入适量稀硫酸后，溶液颜色变黄色，则有利于CrO42-的生成
C．第②步中，还原0.1mol Cr2O72-需要45.6gFeSO4
D．第③步沉淀剂a可以使用NaOH等碱性物质
4．下列气体的干燥和吸收方法正确的是（　　）
A．氨气可以用五氧化二磷干燥
B．氮气和氢气反应合成氨气由于反应物转化率较低，用水吸收该混合气体中的氨气不用防倒吸
C．浓硫酸不能干燥硫化氢气体，应该用碱石灰
D．制得的氯气中混有杂质氯化氢气体可用饱和碳酸氢钠溶液吸收
1．Na2SO4•10H2O俗名芒硝，医疗上可用于泻热，润燥，软坚，治实热积滞，腹胀便秘，停痰积聚．现配制1.0mol•L-1的Na2SO4QUOTE QUOTE溶液100mL．

（1）某同学用固体Na2SO4•10H2O配制上述Na2SO4溶液的步骤如图所示，则该配置过程正确的顺序是（填写序号）①③⑥⑤②④．
（2）根据下列操作对所配溶液的浓度产生的影响，完成下列填空：
①Na2SO4•10H2O晶体失去了部分结晶水
②转移溶液后烧杯和玻璃棒未进行洗涤
③定容时俯视刻度线
④[定容摇匀后液面下降，又加水至刻度线
⑤容量瓶未经干燥使用其中引起所配溶液浓度偏高的有①③（填序号，下同），偏低的有②④．
（3）粗盐中往往混有SO42-，可依次加入过量的BaCl2、Na2CO3、过滤、向滤液中加稀盐酸，蒸发结晶得NaCl晶体．
2．A是一种红棕色金属氧化物，B、D是金属单质，J是一种难溶于水的白色化合物，受热后容易发生分解．
（1）写出下列物质的化学式：
A：Fe2O3，E：FeCl2，J：Al（OH）3，G：Fe（OH）3．
（2）按要求写方程式：
A与B在高温条件下生成C和D的化学方程式：Fe2O3+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al2O3+2Fe；
F在空气中转化为G的化学方程式：4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3；
C转化为I的离子方程式：Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O．
（3）将一定量的B加入到NaOH溶液中，产生的气体在标准状况下的体积为3.36L，则消耗的A的物质的量为0.05mol，转移电子数目为0.3NA．

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