Question

5．已知常温下，几种氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：
某矿渣所含各物质的质量分数如表所示：

成分	SiO2	MgO	Fe2O3	Al2O3	CuO
质量分数（%）	？	4.0	32	10.2	16

已知常温下，几种氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：

	Cu（OH）2	Mg（OH）2	Fe（OH）3	Al（OH）3
开始沉淀的pH	4.8	9.3	2.7	3.8
完全沉淀的pH	6.4	10.8	3.7	4.7

某课题组拟以上述矿渣为原料制备金属镁、铝、铜、铁，其部分工艺流程如图：

请回答下列问题：
（1）沉淀Ⅰ的主要用途是制光导纤维（列一种即可），步骤Ⅳ中调节pH范围为大于3.7小于4.8．
（2）由滤液Ⅱ经几步反应可得到需要制备的一种金属的氧化物，滤液Ⅱ中需要通入气体的化学式CO₂，反应的化学方程式为NaAlO₂+CO₂+H₂O═NaHCO₃+Al（OH）₃↓，2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O．
（3）写出由滤液Ⅰ得到滤液Ⅱ的离子方程式Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O．
（4）滤液Ⅳ中含有的金属阳离子是Mg²⁺、Cu²⁺．
（5）工业上，冶炼铝、铁、铜、镁的方法依次是B（填代号）．
A．电解法、热还原法、分解法、分解法   B．电解法、热还原法、热还原法、电解法
C．热还原法、分解法、电解法、电解法  D．热还原法、热还原法、热还原法、电解法
在工业生产中，冶炼这些金属时选择的相应物质的化学式依次是Al₂O₃、Fe₂O₃、CuO、MgCl₂．

Answer 1

分析 矿渣加入足量盐酸，SiO₂不溶，过滤得到沉淀Ⅰ为SiO₂，滤液中含有MgCl₂、AlCl₃、FeCl₃、CuCl₂，加过量的NaOH后Al³⁺转化为NaAlO₂，MgCl₂、FeCl₃、CuCl₂反应生成Mg（OH）₂沉淀、Fe（OH）₃沉淀、Cu（OH）₂沉淀，过滤得到滤液Ⅱ为NaAlO₂溶液，沉淀Ⅱ为Mg（OH）₂沉淀、Fe（OH）₃沉淀、Cu（OH）₂沉淀，加盐酸反应生成MgCl₂、FeCl₃、CuCl₂，加入Cu（OH）₂控制pH值大于3.7小于4.8，使三价铁离子转化为Fe（OH）₃沉淀，
（1）沉淀Ⅰ是二氧化硅，二氧化硅是制造光导纤维的主要材料；步骤Ⅳ中调节pH使铁离子生成沉淀而铜离子、镁离子不生成沉淀；
（2）滤液Ⅱ的主要成分是偏铝酸钠，偏铝酸钠能和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝分解生成氧化铝；
（3）由滤液Ⅰ中铝离子和过量NaOH反应生成可溶性的偏铝酸钠；
（4）滤液Ⅳ中含有的金属阳离子是镁离子、铜离子；
（5）较活泼金属采用电解法、Fe和Cu采用热氧化还原反应法冶炼，电解时电解熔融氯化物或氧化物，热氧化还原法冶炼金属用金属氧化物．

解答 解：矿渣加入足量盐酸，SiO₂不溶，过滤得到沉淀Ⅰ为SiO₂，滤液中含有MgCl₂、AlCl₃、FeCl₃、CuCl₂，加过量的NaOH后Al³⁺转化为NaAlO₂，MgCl₂、FeCl₃、CuCl₂反应生成Mg（OH）₂沉淀、Fe（OH）₃沉淀、Cu（OH）₂沉淀，过滤得到滤液Ⅱ为NaAlO₂溶液，沉淀Ⅱ为Mg（OH）₂沉淀、Fe（OH）₃沉淀、Cu（OH）₂沉淀，加盐酸反应生成MgCl₂、FeCl₃、CuCl₂，加入Cu（OH）₂控制pH值大于3.7小于4.8，使三价铁离子转化为Fe（OH）₃沉淀，
（1）沉淀Ⅰ是二氧化硅，二氧化硅是制造光导纤维的主要材料；步骤Ⅳ中调节pH使铁离子生成沉淀而铜离子、镁离子不生成沉淀，根据表中数据知，要使三价铁离子沉淀，铜离子、镁离子不沉淀，则需满足pH值大于3.7小于4.8；
故答案为：制光导纤维；大于3.7小于4.8；
（2）偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳可生成氢氧化铝和碳酸氢钠，氢氧化铝受热分解生成氧化铝和水，反应方程式：NaAlO₂+CO₂+H₂O═NaHCO₃+Al（OH）₃↓，2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O；
故答案为：CO₂；NaAlO₂+CO₂+H₂O═NaHCO₃+Al（OH）₃↓，2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O；
（3）氯化铝与足量氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水、氯化钠，离子方程式：Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
故答案为：Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
（4）滤液Ⅲ中含有镁离子、铜离子、三价铁离子，加入氢氧化铜调节pH值大于3.7小于6.4，则三价铁离子全部转化为氢氧化铁沉淀，所以滤液Ⅳ中含有离子为：Mg²⁺、Cu²⁺；
故答案为：Mg²⁺、Cu²⁺；
（5）较活泼金属采用电解法、Fe和Cu采用热氧化还原反应法冶炼，电解时电解熔融氯化物或氧化物，热氧化还原法冶炼金属用金属氧化物，Mg、Al为较活泼金属，采用电解法冶炼，Fe、Cu采用热氧化还原法冶炼，电解熔融 Al₂O₃冶炼Al、电解熔融MgCl₂冶炼Mg、热氧化还原Fe₂O₃冶炼Fe、热氧化还原CuO冶炼Cu，
故答案为：B； Al₂O₃；Fe₂O₃；CuO；MgCl₂．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，侧重考查学生对元素化合物性质、物质分离和提纯等知识点的掌握和灵活运用，明确元素化合物性质及其差异性、物质分离提纯方法、金属冶炼方法是解本题关键，注意：Al不能采用电解氯化铝的方法冶炼，必须采用电解氧化铝的方法冶炼．