Question

5．某地煤矸石經預處理后主要含SiO₂（60%）和Al₂O₃（30%），其余為Fe₂O₃、FeO．某實驗小組利用其提取Al（OH）₃．

（1）“酸浸”過程中Al₂O₃溶解的離子方程式為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O．“酸浸”前常常將煤矸石粉碎，其目的是增大接觸面積，加快反應速率，提高浸取率．
（2）氧化過程除了可用Cl₂氧化Fe²⁺外，也可以用H₂O₂進行氧化，試寫出用H₂O₂氧化Fe²⁺（酸溶時鹽酸過量）的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）水解的目的是使Al³⁺和Fe³⁺轉化為氫氧化物沉淀，那么檢驗水解過程中Fe³⁺已被完全沉淀的方法是：取濾液Ⅰ少許于試管中，滴入KSCN溶液，若溶液不變血紅色，則Fe³⁺已經沉淀完全．
（4）稱取304g煤矸石，按上述流程制取Al（OH）₃，堿溶后過濾，得到濾渣Ⅱ42.8g，則在氧化時至少需要通入標準狀況下的Cl₂的體積為2.24L．（忽略制取過程中的損耗）

Answer 1

分析 煤矸石溶于稀鹽酸發生的反應有Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，然后過濾，得到的濾渣為SiO₂，向濾液中通入氯氣，發生的反應為2Fe²⁺+Cl₂=2Cl^-+2Fe³⁺，向溶液中加入碳酸鈉，發生的反應為3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，過濾得到的濾液中含有NaCl，向濾渣中加入過量NaOH溶液，Al（OH）₃溶解，其余沉淀不溶解，過濾后得到的濾渣II為Fe（OH）₃，濾液中含有NaAlO₂，向濾液中通入二氧化碳，發生的反應為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-），然后過濾得到Al（OH）₃，母液II中含有NaHCO₃或碳酸鈉，據此分析解答．

解答 解：（1）“酸浸”過程中Al₂O₃溶解的離子方程式為 Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，“酸浸”前常常將煤矸石粉碎，其目的是增大接觸面積，加快反應速率，提高浸取率，
故答案為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；增大接觸面積，加快反應速率，提高浸取率；
（2）H₂O₂氧化Fe²⁺（酸溶時鹽酸過量）的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）檢驗水解過程中Fe³⁺已被完全沉淀的方法是：取濾液Ⅰ少許于試管中，滴入KSCN溶液，若溶液不變血紅色，則Fe³⁺已經沉淀完全，
故答案為：滴入KSCN溶液，若溶液不變血紅色，則Fe³⁺已經沉淀完全；
（4）304g煤矸石中，Fe₂O₃、FeO的質量為304g×10%=30.4g，濾渣II為Fe（OH）₃，設FeO的物質的量為xmol，Fe₂O₃的物質的量為ymol，則有$\left\{\begin{array}{l}{72x+160y=30.4}\\{（x+2y）×107=42.8}\end{array}\right.$，所以x=0.2，y=0.1，所以根據電子得失守恒，將0.2mol的亞鐵離子氧化成鐵離子需要通入標準狀況下的Cl₂的物質的量為0.1mol，所以其體積為2.24L，
故答案為：2.24．

點評 本題考查制備實驗方案設計，為高考高頻點，此種題型涉及物質性質、實驗基本操作，明確物質的性質及每一步發生的反應、基本操作方法是解本題關鍵，熟練掌握元素化合物知識，靈活運用知識解答問題，題目難度中等．