Question

【題目】洗煤和選煤過程中排出的煤矸石（主要含Al2O3、SiO2及Fe2O3）會占用大片土地，造成環境污染。某課題組利用煤矸石制備聚合氯化鋁流程如下：

已知：聚合氯化鋁（[Al2(OH)nCl6-n]m（1≤n≤5，m≤10），商業代號PAC）是一種新型、高效絮凝劑和凈水劑。

（1）酸浸的目的是___________________________；實驗需要的500mL3.0 mol·L-1的鹽酸，配制時所需要的玻璃儀器除量筒、燒杯、玻璃棒外還有______________________。

（2）若m=n=2，則生成PAC的化學方程式是_____________________。

（3）從含PAC的稀溶液中獲得PAC固體的實驗操作方法是_______、_________、_________。

（4）為了分析殘渣2中鐵元素的含量，某同學稱取5.000g殘渣2，先將其預處理使鐵元素還原為Fe2+，并在容量瓶中配制成100mL溶液；然后移取25.00mL試樣溶液，用1.000×10-2mol·L-1KMnO4標準溶液滴定，消耗標準溶液20.00mL。已知反應式為Fe2++MnO4－+H+—Fe3++Mn2++H2O（未配平）。判斷滴定終點的依據是_______________________；殘渣2中鐵元素的質量分數為________________。

Answer 1

【答案】將煤矸石中的Al2O3及Fe2O3溶解，與SiO2分離 500mL容量瓶、膠頭滴管 4AlCl3+2Ca(OH)2[Al2(OH)2Cl4]2+2CaCl2（或4AlCl3+4H2O[Al2(OH)2Cl4]2+4HCl） 蒸發濃縮 冷卻結晶 過濾 滴入最后一滴高錳酸鉀溶液時，溶液出現淺紫色且在半分鐘內不褪色 4.480%

【解析】

（1）酸浸的目的是除去SiO2；根據配制一定物質的量濃度的溶液的步驟確定需要的儀器。

（2）反應物是AlCl3和Ca(OH)2，若m=n=2，根據質量守恒配平即可。

（3）從溶液中獲得固體的操作方法是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥。

（4）KMnO4溶液是紫色，不用其他的指示劑，根據KMnO4溶液的顏色變化即可判斷滴定終點。根據電子守恒計算鐵元素的含量。

（1）因為煤矸石（主要含Al2O3、SiO2及Fe2O3），所以酸浸的目的是溶解氧化鐵和氧化鋁，與二氧化硅分離；實驗需要 的500mL3.0 mol·L-1的鹽酸，配制時所需要的玻璃儀器除量筒、燒杯、玻璃棒外還有500mL的容量瓶，盛放溶液，定容時需膠頭滴管；

（2）根據流程圖可知，加入氫氧化鈣后將鐵離子除去，剩余溶液為氯化鋁溶液，氯化鋁與氫氧化鈣加熱反應生成PAC和氯化鈣，化學方程式是4AlCl3+2Ca(OH)2[Al2(OH)2Cl4]2+2CaCl2（或4AlCl3+4H2O[Al2(OH)2Cl4]2+4HCl）；

（3）從溶液中得到溶質的方法是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾，所以從含PAC的稀溶液中獲得PAC固體的實驗操作方法蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾；

（4）因為亞鐵離子的溶液為淺黃綠色，高錳酸鉀為紫色，達到滴定終點時，滴加一滴高錳酸鉀溶液則溶液為淺紫色，且半分鐘內不褪色；根據得失電子守恒，則亞鐵離子的系數是高錳酸根離子的5倍，所以25.00mL溶液中Fe元素的質量是1.000×10-2mol·L-1×20×10-3L×5×56g/mol=0.056g，則100mL溶液中Fe元素的質量是0.056g×4=0.224g，所以殘渣2中鐵元素的質量分數為×100%=4.48%。