Question

12．硫酸渣是用黃鐵礦制造硫酸過程中排出的廢渣，主要化學成分為SiO₂：約45%，Fe₂O₃：約40%，Al₂O₃：約10%，MgO：約5%．目前我國已經在技術上取得突破--用硫酸渣煉鐵．Fe³⁺開始沉淀為氫氧化物的pH=1，沉淀完全時的pH為3.7
I．某學生探究性學習小組的同學設計了不同的方案，用化學基本知識進行金屬元素的提取實驗．方案一：

請回答：
（1）寫出固體E的化學式：Mg（OH）₂．試劑①是A     
A．氫氧化鈉    B．氧化鋁      C．氨水    D．水
（2）若要準確測定溶液的pH是否達到3.7，下列物品中可供使用的是C
A．石蕊試液          B．廣泛pH試紙         C．pH計
（3）溶液H中溶質的化學式：NaCl、NaHCO₃
（4）要將固體C、固體E和固體G都轉化為相應的穩定的氧化物，需進行的實驗操作為灼燒．
方案二：

（5）此方案制得的氧化鋁含有的主要雜質是：二氧化硅
（6）寫出由溶液M→固體乙這個過程中，主要化學反應的離子方程式：SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．

Answer 1

分析 I．根據硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當向硫酸渣中加過量鹽酸時，二氧化硅和鹽酸不反應，所以固體A是二氧化硅，氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂和鹽酸反應，所以溶液B的溶質是氯化鎂、氯化鐵、氯化鋁、鹽酸（過量）；向溶液B中加試劑①并調節溶液的pH值為3.7，結合題意溶液pH=3.7時Fe³⁺已經沉淀完全知，試劑①是能和氯化鐵反應生成沉淀的物質且和鋁離子反應沒有沉淀生成，所以試劑①只能是強堿溶液，固體C是氫氧化鐵；向溶液D中加入試劑①并調節溶液的pH值為13，溶液呈強堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，所以固體E是氫氧化鎂；溶液F的溶質含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳氣體，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀，所以G是氫氧化鋁，H為NaCl 和 NaHCO₃溶液，據此分析；
（1）固體E是氫氧化鎂；試劑①是強堿溶液；
（2）根據pH值精確到小數點后一位； 
（3）溶液H的溶質含有NaCl 和 NaHCO₃；    
（4）根據難溶性堿加熱分解；
方案二：根據硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當向硫酸渣中加過量氫氧化鈉時，Fe₂O₃、MgO和氫氧化鈉不反應，所以固體甲是Fe₂O₃、MgO，SiO₂、Al₂O₃和氫氧化鈉反應，所以溶液M的溶質是硅酸鈉、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉（過量）；向溶液M中通入過量二氧化碳氣體，硅酸鈉、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉都與二氧化碳反應，所以固體乙是硅酸、氫氧化鋁，進行加熱得到二氧化硅和氧化鋁．
（5）根據硅酸、氫氧化鋁，進行加熱得到二氧化硅和氧化鋁分析；
（6）向溶液M中通入過量二氧化碳氣體，硅酸鈉、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉都與二氧化碳反應，據此書寫離子方程式．

解答 解：（1）根據以上分析，固體E是氫氧化鎂，試劑①是強堿溶液，故答案為：Mg（OH）₂：A；
（2）因PH值精確到小數點后一位，而石蕊試液測得的PH值在一個范圍內，廣泛pH試紙測得的PH值是一個整數，精密pH試紙、pH計均可準確到小數點后一位，故選：C；          
（3）溶液F的溶質含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳氣體，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，所以溶液H的溶質含有NaCl 和 NaHCO₃，故答案為：NaCl、NaHCO₃；
（4）固體C是氫氧化鐵，固體E是氫氧化鎂，固體G是氫氧化鋁，加熱均可分解得到對應的氧化物，故答案為：灼燒； 
（5）根據以上分析，固體乙是硅酸、氫氧化鋁，進行加熱得到二氧化硅和氧化鋁，所以此方案制得的氧化鋁含有的主要雜質是二氧化硅，故答案為：二氧化硅；
（6）向溶液M中通入過量二氧化碳氣體，硅酸鈉、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉都與二氧化碳反應，由溶液M→固體乙這個過程中，硅酸鈉和過量二氧化碳反應生成硅酸沉淀和碳酸氫鈉，離子方程式為：SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-，偏鋁酸鈉和過量二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，故答案為：SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-、AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．

點評 本題考查了物質的分離、提純的方法選擇及應用，實驗方案設計和評價，題目難度較大，明確各物質的性質是解本題的關鍵，本題注意關系式法的利用．