Question

17．以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细α-氧化铝，既降低环境污染又可提高铝资源的利用率．已知铝灰的主要成分为Al₂O₃（含少量杂质SiO₂、FeO、Fe₂O₃），其制备实验流程如下：

（1）铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O．
（2）用图中“滤渣”和NaOH焙烧制备硅酸钠，可采用的装置为B（填选项编号）．

（3）在实验流程中，加30%的H₂O₂溶液发生的离子反应方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）验证“沉铁”后，溶液中是否还含有铁离子的操作方法为静置，溶液澄清后，继续向上层清液中滴加K₄[Fe（CN）₆]溶液，若无现象，则溶液中不含有铁元素，反之，则有
（5）若用调节pH溶液“沉铁”，则得到Fe（OH）₃，已知：25℃时，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，则该温度下反应Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常数为2.5×10^-5．
（6）煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为：4[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]═2Al₂O₃+2NH₃↑+N₂↑+5SO₃↑+3SO₂↑+53H₂O，将产生的气体通过如图所示的装置．

①集气瓶中收集到的气体是N₂．（填化学式）
②KMnO₄溶液褪色，发生的离子反应方程式为2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 铝灰的主要成分为Al₂O₃（含少量杂质SiO₂、FeO、Fe₂O₃），加稀硫酸，Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃转化为离子，SiO₂不溶于硫酸，过滤，滤液中含有Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，加双氧水，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，加入K₄[Fe（CN）₆]Fe³⁺转化为沉淀，过滤，在滤液中加入硫酸铵，生成NH₄Al（SO₄）₂，结晶、干燥、煅烧得到α-Al₂O₃；
（1）氧化铝和稀硫酸反应生成硫酸铝和水；
（2）能够焙烧固体的装置是坩埚，NaOH能和二氧化硅反应生成硅酸钠，所以不能采用瓷坩埚灼烧；
（3）在实验流程中，H₂O₂具有氧化性，能氧化亚铁离子生成铁离子；
（4）铁离子和铁氰化钾反应产生沉淀；
（5）该反应的平衡常数K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$；
（6）①煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为：4[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]═2Al₂O₃+2NH₃↑+N₂↑+5SO₃↑+3SO₂↑+53H₂O，混合气体通入饱和的亚硫酸氢钠溶液中，氨气和三氧化硫溶解，剩余气体通入高锰酸钾溶液，二氧化硫被氧化生成硫酸根离子，剩余的气体采用排水法收集；
②二氧化硫被酸性高锰酸钾溶液氧化而导致KMnO₄溶液褪色，二者发生氧化还原反应生成锰离子、硫酸根离子和氢离子．

解答 解：铝灰的主要成分为Al₂O₃（含少量杂质SiO₂、FeO、Fe₂O₃），加稀硫酸，Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃转化为离子，SiO₂不溶于硫酸，过滤，滤液中含有Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，加双氧水，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，加入K₄[Fe（CN）₆]Fe³⁺转化为沉淀，过滤，在滤液中加入硫酸铵，生成NH₄Al（SO₄）₂，结晶、干燥、煅烧得到α-Al₂O₃；
（1）氧化铝属于两性氧化物，能溶于强酸和强碱溶液，氧化铝和稀硫酸反应生成硫酸铝和水，反应方程式为Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O，故答案为：Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）能够焙烧固体的装置是坩埚，NaOH能和二氧化硅反应生成硅酸钠，所以不能采用瓷坩埚灼烧，所以应该采用铁坩埚，故选B；
（3）在实验流程中，H₂O₂具有氧化性，能氧化亚铁离子生成铁离子，离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）铁离子和铁氰化钾反应产生沉淀，其检验方法是：静置，溶液澄清后，继续向上层清液中滴加K₄[Fe（CN）₆]溶液，若无现象，则溶液中不含有铁元素，反之，则有，
故答案为：静置，溶液澄清后，继续向上层清液中滴加K₄[Fe（CN）₆]溶液，若无现象，则溶液中不含有铁元素，反之，则有；
（5）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{c（O{H}^{-}）}$，反应Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常数K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{1{0}^{-42}}{c（F{e}^{3+}）．{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=2.5×10^-5，故答案为：2.5×10^-5；
（6）①煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为：4[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]═2Al₂O₃+2NH₃↑+N₂↑+5SO₃↑+3SO₂↑+53H₂O，混合气体通入饱和的亚硫酸氢钠溶液中，氨气和三氧化硫溶解，剩余气体通入高锰酸钾溶液，二氧化硫被氧化生成硫酸根离子，剩余的气体N₂ 采用排水法收集，故答案为：N₂；
②二氧化硫被酸性高锰酸钾溶液氧化而导致KMnO₄溶液褪色，二者发生氧化还原反应生成锰离子、硫酸根离子和氢离子，离子方程式为2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，故答案为：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．

点评 本题以氧化铝提取工艺流程为载体，考查元素化合物性质及相互转化、氧化还原、离子方程式、实验基本操作等知识点，注意把握制备原理、把握物质的性质以及相关反应方程式的书写，难点是离子方程式的书写及平衡常数计算．