Question

2．已知煤矸石经处理后含SiO₂（65%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（10%）．按以下流程制备Al（OH）₃：

（1）若取该煤矸石1000g按上述流程“酸浸”之后，对所得“溶液”直接加热蒸干再经灼烧，最终所得固体的成分及质量分别是Al₂O₃250克、Fe₂O₃100g（不考虑实验过程中的损失）．
（2）上述沉淀的主要化学成分是Al（OH）₃、Fe（OH）₃，物质X是一种常见气体，它的电子式为．
（3）“碱溶”时反应的主要离子方程式为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（4）“转化”时，若物质X是足量的，则主要反应的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（5）已知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．为了获得更多产品Al（OH）₃，从煤矸石的盐酸浸取液开始，若只用CaCO₃一种试剂，后续操作的实验方案是：加入CaCO₃调节pH到3.2，过滤除去Fe（OH）₃后，再加CaCO₃调节pH到5.4，过滤得到Al（OH）₃．

Answer 1

分析 含SiO₂（65%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（10%）化合物用盐酸酸浸发生的反应为：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；则过滤的溶液为氯化铁和氯化铝的溶液，加碳酸钙消耗溶液中的氢离子使三价铁离子、三价铝离子都水解生成氢氧化铁、氢氧化铝的沉淀，所以再加入氢氧化钠，只要氢氧化铝溶解反应为：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，所得溶液为偏铝酸钠溶液再通入二氧化碳进一步反应又生成氢氧化铝，据此答题．

解答 解：含SiO₂（65%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（10%）及少量钙镁的化合物用盐酸酸浸发生的反应为：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；则过滤的溶液为氯化铁和氯化铝的溶液，加碳酸钙消耗溶液中的氢离子使三价铁离子、三价铝离子都水解生成氢氧化铁、氢氧化铝的沉淀，所以再加入氢氧化钠，只要氢氧化铝溶解反应为：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，所得溶液为偏铝酸钠溶液再通入二氧化碳进一步反应又生成氢氧化铝．
（1）过滤的溶液为氯化铁和氯化铝的溶液，对所得“溶液”直接加热蒸干再经灼烧，最终所得固体的成分Al₂O₃ a克、Fe₂O_3^b克，则：a=1000g×25%=250g，b=1000g×10%=100g，故答案为：Al₂O₃ 250克、Fe₂O₃100g；
（2）加碳酸钙消耗溶液中的氢离子使三价铁离子、三价铝离子都水解生成氢氧化铁、氢氧化铝的沉淀，氯化铝和氯化铁水解都生成盐酸，碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙和二氧化碳，所以物质X是二氧化碳，它的电子式为，故答案为：Al（OH）₃、Fe（OH）₃，；
（3）加入氢氧化钠，只要氢氧化铝溶解反应为：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，故答案为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（4）物质X（二氧化碳）是足量的，则主要反应的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，故答案为：
AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（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，为了获得更多产品Al（OH）₃，加入CaCO₃调节pH到3.2，过滤除去Fe（OH）₃后，再加CaCO₃调节pH到5.4，过滤得到Al（OH）₃，故答案为：加入CaCO₃调节pH到3.2，过滤除去Fe（OH）₃后，再加CaCO₃调节pH到5.4，过滤得到Al（OH）₃．

点评 本题以工艺流程为载体考查了溶解平衡原理、物质间的反应、除杂等知识点，这种题型是高考常考题型，综合性较强，涉及知识面较广，用教材基础知识采用知识迁移的方法分析解答，难度不大．