Question

12．粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物．我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO₂、Al₂O₃、CaO等．一种利用粉煤灰制取氧化铝的工艺流程如图1：

（1）粉煤灰研磨的目的是增大反应物的接触面积，提高浸取速率和浸出率．
（2）第1次过滤滤渣的主要成分有SiO₂和CaSO₄（填化学式，下同），第3次过滤时，滤渣的成分的是Al（OH）₃．
（3）在104℃用硫酸浸取时，铝的溶出率与时间的关系如图2，适宜的溶出时间为2h；
铝的溶出率与“助溶剂/粉煤灰”的关系如图3所示，从溶出率角度考虑，三种助溶剂依次为NH₄F、KF及其NH₄F与KF的混合物，在助溶剂/粉煤灰相同时，溶出率最高的是NH₄F（填化学式）；用含氟的化合物作这种助溶剂缺点是生成过程中产生HF及NH₃等污染环境（举一例）．
（4）请写出流程图中①处发生的离子反应方程式Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃+3NH₄⁺．
（5）用盐酸溶解硫酸铝晶体，能够发生的原因是通入氯化氢使A1C1₃达到饱和，而硫酸铝不饱和．

Answer 1

分析 粉煤灰的主要氧化物组成为SiO₂、Al₂O₃、CaO等，加入硫酸溶液使Al₂O₃溶解，CaO通过反应生成CaSO₄，CaSO₄微溶，大部分CaSO₄和SiO₂一起成为滤渣，过滤后将滤液冷却结晶得Al₂（SO₄）₃，用盐酸溶解Al₂（SO₄）₃，由滤液可以进行硫酸的循环利用，可知通入氯化氢得AlCl₃晶体和硫酸溶液，沉铝后煅烧达到氧化铝，可知AlCl₃晶体溶解后得氯化铝溶液，再通入氨气得氢氧化铝沉淀和氯化铵溶液，氯化铵溶液可以循环利用，氢氧化铝沉淀受热分解生成Al₂O₃．
（1）可以增大接触面积，提高浸取速率；
（2）由分析可知，第一次过滤的沉淀主要为二氧化硅与硫酸钙，第二次过滤的沉淀主要为氢氧化铝；
（3）由图可知，2h时Al溶出率以很高，再延长时间溶出率几乎不变；
由图2可知，在$\frac{n（助溶剂）}{n（粉煤灰）}$相同时，NH₄F助溶剂对铝的浸出率最高，容易产生HF与氨气而污染环境；
（4）氨水与氯化铝溶液反应达到氢氧化铝沉淀；
（5）增大氯离子浓度，有利于氯化铝晶体的析出．

解答 解：粉煤灰的主要氧化物组成为SiO₂、Al₂O₃、CaO等，加入硫酸溶液使Al₂O₃溶解，CaO通过反应生成CaSO₄，CaSO₄微溶，大部分CaSO₄和SiO₂一起成为滤渣，过滤后将滤液冷却结晶得Al₂（SO₄）₃，用盐酸溶解Al₂（SO₄）₃，由滤液可以进行硫酸的循环利用，可知通入氯化氢得AlCl₃晶体和硫酸溶液，沉铝后煅烧达到氧化铝，可知AlCl₃晶体溶解后得氯化铝溶液，再通入氨气得氢氧化铝沉淀和氯化铵溶液，氯化铵溶液可以循环利用，氢氧化铝沉淀受热分解生成Al₂O₃．
（1）粉煤灰研磨的目的是：增大反应物的接触面积，提高浸取速率和浸出率，
故答案为：增大反应物的接触面积，提高浸取速率和浸出率；
（2）通过上面的分析可知，第1次过滤时滤渣的主要成分有SiO₂和 CaSO₄，第3次过滤时滤渣的成分是Al（OH）₃，
故答案为：SiO₂、CaSO₄；Al（OH）₃；
（3）根据图1可知，2h时铝的浸出率达到最大值，再延长时间溶出率几乎不变，所以适宜的浸取时间为2h，
根据图2可知，在$\frac{n（助溶剂）}{n（粉煤灰）}$相同时，NH₄F助溶剂对铝的浸出率最高，用含氟的化合物作这种助溶剂的缺点是生产过程中会产生污染环境的HF和NH₃等，
故答案为：2； NH₄F；生生成过程中产生HF及NH₃等污染环境；
（4）流程图中①处发生的离子反应方程式：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃+3NH₄⁺，
故答案为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃+3NH₄⁺；
（5）用盐酸溶解硫酸铝晶体，再通入HCl气体，析出A1C1₃晶体，该过程能够发生的原因是：通入氯化氢使A1C1₃达到饱和，而硫酸铝不饱和，便于A1C1₃晶体析出，
故答案为：通入氯化氢使A1C1₃达到饱和，而硫酸铝不饱和．

点评 本题考查物质制备工艺流程，关键是对工艺流程的理解，对盐酸溶解与沉铝操作理解是难点，注意根据硫酸循环利用及沉铝后煅烧达到氧化铝理解，是对学生综合能力的考查，难点较大．