题目内容
【题目】硫酸铝在造纸、水净化、土壤改良中有着广泛的应用，同时还是泡沫灭火器中的试剂。某化工厂利用含铝废料(成分为A12O3，SiO2及少量FeO·xFe2O3)制备硫酸铝晶体的工艺流程如下图所示，回答相关问题。
又知生成氢氧化物沉淀的pH如下表：
Al(OH)3 | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 | |
开始沉淀时 | 3.6 | 6.3 | 2.3 |
完全沉淀时 | 4.9 | 8.3 | 3.2 |
（1）料渣I的成分是__，操作X的内容是__、洗涤、干燥等。
（2）试剂B最好是__，a的范围是__，由表中数据求出Ksp[Fe(OH)3]<_____(设沉淀完全时金属离子浓度小于1×10-5mol/L)。
（3）试剂A是一种液态绿色氧化剂，料液Ⅰ中反应的离子方程式_______
（4）泡沫灭火器容器构造分为内外两层，内层是玻璃容器、外层是钢筒。则硫酸铝溶液应盛放在______容器中，泡沫灭火器中另一种试剂是小苏打溶液而不是苏打溶液的原因是____.
（5）请设计一种简单的方案，用于确定所制得的晶体组成是否与理论上的组成[Al2(SO4)3·18H2O]相同(写出主要操作过程即可):_________________
【答案】 SiO2 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 Al2O3或Al(OH)3 3.6>a
3.2 1×10-37.4 2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O 玻璃 消耗等量的硫酸铝时，小苏打生成的CO2量是苏打生成的CO2量的2倍 准确称量一定量晶体，溶于水后再加入足量BaCl2溶液，过滤、洗涤、干燥后称量所得固体的质量
【解析】试题分析：本题以利用含铝废料制备硫酸铝晶体的流程为载体，考查流程的分析、除杂试剂的选择、溶度积的计算、离子方程式的书写、盐类水解的应用、实验方案的设计。铝废料预处理后加入过量稀H2SO4酸浸，Al2O3和少量的FeO·xFe2O3溶解转化为可溶于水的Al2（SO4）3、FeSO4、Fe2（SO4）3，SiO2属于酸性氧化物，SiO2与稀H2SO4不反应，料渣I的成分为SiO2。料液I中含Al2（SO4）3、FeSO4、Fe2（SO4）3和过量H2SO4，根据Al3+、Fe2+、Fe3+生成氢氧化物沉淀的pH，试剂A的作用是将Fe2+氧化成Fe3+，然后加入试剂B调节pH=a除去Fe3+，料液II为Al2（SO4）3溶液。
（1）根据上述分析，料渣I的成分为SiO2。操作X为从Al2（SO4）3溶液中获得Al2（SO4）3·18H2O，操作X的内容是：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
（2）试剂B是用来调节pH除去Fe3+，为了不引入新杂质，试剂B最好是Al2O3或Al（OH）3。根据Al3+开始沉淀的pH为3.6，Fe3+完全沉淀的pH为3.2，a的范围是：3.2
a
3.6。根据表中数据Fe3+完全沉淀时pH=3.2，c（H+）=10-3.2mol/L，c（OH-）=10-10.8mol/L，Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）·c3（OH-）1
10-5（10-10.8）3=110-37.4。
（3）试剂A将Fe2+氧化成Fe3+，试剂A是一种液态绿色氧化剂，试剂A为H2O2，料液I中反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。
（4）硫酸铝属于强酸弱碱盐，由于Al3+的水解Al2（SO4）3溶液呈酸性，可腐蚀钢筒，Al2（SO4）3溶液应盛放在玻璃容器中。Al2（SO4）3溶液与小苏打（NaHCO3）溶液反应的方程式为Al2（SO4）3+6NaHCO3=2Al（OH）3↓+6CO2↑+3Na2SO4，Al2（SO4）3溶液与苏打（Na2CO3）溶液反应的方程式为Al2（SO4）3+3Na2CO3+3H2O=2Al（OH）3↓+3CO2↑+3Na2SO4，根据方程式可见，消耗等量的硫酸铝时小苏打生成的CO2量是苏打生成的O2量的2倍，灭火效果NaHCO3比Na2CO3好，所以泡沫灭火器中另一种试剂是小苏打溶液而不是苏打溶液。
（5）要确定所制得的晶体组成是否与理论上的组成[Al2(SO4)3·18H2O]相同，可通过测量一定量晶体中Al2（SO4）3或水的质量是否与理论组成相同即可达到目的，如将一定量的晶体完全溶于水，加入足量BaCl2溶液充分反应，过滤、称量BaSO4的质量，计算Al2（SO4）3的质量。主要的操作过程为：准确称量一定量晶体，溶于水后再加入足量BaCl2溶液，过滤、洗涤、干燥后称量所得固体的质量。
