Question

Ag/a-Al₂O₃是石油化工的一种重要催化剂，其中Ag起催化作用，a-Al₂O₃是载体且不溶于硝酸．某实验室将该催化剂回收的流程如图所示：

请完成下列问题：
（1）写出反应①的离子方程式

 

；α-Al₂O₃与普通Al₂O₃相比，不溶于酸的原因可能是

 

．
（2）写出反应③的化学方程式

 

；溶液I和溶液Ⅲ中溶质的主要成分相同，请分析设计从溶液I转化到溶液Ⅲ的目的是

 

．
（3）从溶液Ⅲ到AgNO₃晶体的操作为：在硝酸的气氛中，

 

、

 

，过滤、洗涤、干燥，然后转移至

 

的广口瓶中保存．
（4）已知Ag/α-Al₂O₃中Ag的质量分数，计算Ag的回收率，还必须测量的数据为

 

和

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：根据流程可知，由于α-Al₂O₃不溶于稀硝酸，Ag/a-Al₂O₃中加入稀硝酸后银溶解生成硝酸银进入滤液Ⅰ，滤渣为α-Al₂O₃；向滤液Ⅰ中加入氯化钠，反应生成氯化银沉淀，则固体A为AgCl；氯化银与氧化铁发生反应：6AgCl+Fe₂O₃=3Ag₂O+2FeCl₃，则固体B为Ag₂O，氧化银与稀硝酸反应生成硝酸银，滤液Ⅲ为硝酸银溶液，对滤液Ⅲ通过蒸发浓缩、冷却结晶得到硝酸银固体，
（1）银与稀硝酸反应生成硝酸银、一氧化氮和水，据此写出反应的离子方程式；结构决定性质，据此判断α-Al₂O₃不溶于稀硝酸原因；
（2）根据流程可知，氯化银与氧化铁反应生成氧化银和氯化铁；溶液I中硝酸银浓度较小，溶液Ⅲ中硝酸银浓度较大，据此分析实验目的；
（3）硝酸容易分解，银离子容易水解，则需要在浓硝酸的气氛中蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥从而得到硝酸银固体；
（4）已知催化剂中银的质量分数，计算银的回收率，还必须知道催化剂的质量和硝酸银的质量．

解答： 解：根据流程可知，α-Al₂O₃不溶于稀硝酸，Ag/a-Al₂O₃中加入稀硝酸后银溶解生成AgNO₃进入滤液Ⅰ，滤渣为α-Al₂O₃；向滤液Ⅰ中加入NaCl，反应生成AgCl沉淀，则固体A为AgCl；AgCl与Fe₂O₃发生反应：6AgCl+Fe₂O₃=3Ag₂O+2FeCl₃，则固体B为Ag₂O，Ag₂O与稀硝酸反应生成AgNO₃，滤液Ⅲ为AgNO₃溶液，对滤液Ⅲ通过蒸发浓缩、冷却结晶得到AgNO₃固体，
（1）Ag与稀硝酸反应生成硝酸银、一氧化氮和水，反应的离子方程式为：3Ag+NO₃^-+4H⁺=NO↑+3Ag⁺+2H₂O；
不同结构具有不同的性质，α-Al₂O₃与普通Al₂O₃相比，不溶于酸的原因可能是α-Al₂O₃与普通Al₂O₃结构不同，
故答案为：3Ag+NO₃^-+4H⁺=NO↑+3Ag⁺+2H₂O；α-Al₂O₃与普通Al₂O₃结构不同；
（2）根据流程可知，氯化银与氧化铁反应生成氯化铁和氧化银，反应的化学方程式为：6AgCl+Fe₂O₃=3Ag₂O+2FeCl₃；
溶液I中硝酸银浓度较小，溶液Ⅲ中硝酸银浓度较大，所以从溶液I转化到溶液Ⅲ的目的是除杂质且富集AgNO₃，
故答案为：6AgCl+Fe₂O₃=3Ag₂O+2FeCl₃；去除杂质且富集AgNO₃；
（3）从溶液Ⅲ到AgNO₃晶体的操作为：在硝酸的气氛中蒸发浓缩、冷却结晶，然后过滤、洗涤、干燥获得硝酸银固体；由于硝酸银容易见光分解，需要避光保存，即：将硝酸银保存在棕色广口瓶中，
故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；避光或棕色；
（4）要计算Ag的回收率必须知道催化剂的质量，再由所给Ag的质量分数求出Ag的质量，另外要知道最后所得AgNO₃的质量，
故答案为：催化剂的质量；AgNO₃的质量．

点评：本题考查了物质制备方案的设计、化学实验基本操作方法的综合应用，题目难度中等，正确理解题干流程、明确反应原理为解答关键，注意掌握物质分离、提纯方法及化学实验基本操作方法的综合应用，试题有利于培养学生的分析、理解能力及化学实验能力．