Question

2．用含有A1₂O₃、SiO₂和少量FeO•xFe₂O₃的鋁灰制備Al₂（SO₄）₃•18H₂O．工藝流程如下：

已知：①一定條件下，MnO₄ ^-可與Mn²⁺反應生成MnO₂
②部分金屬陽離子生成氫氧化物沉淀的pH如下表：

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3
開始沉淀時	3.8	6.3	2.7
完全沉淀時	5.2	9.7	3.7

③常溫下，Fe（OH）₃：Ksp=1.1×10^-36，Fe（OH）₂：Ksp=1.64×10^-14，Al（OH）₃：Ksp=1.3×10^-33
（1）H₂SO₄溶解A1₂O₃的離子方程式是Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O
（2）檢驗濾液中存在Fe³⁺的方法是取少量濾液于試管，滴加KSCN溶液，溶液變為紅色，則濾液中有Fe³⁺（注明試劑、現象）．
（3）“除雜”環節有如下幾個步驟：
（Ⅰ）向濾液中加入過量KMnO₄溶液，調節溶液的pH為3.7；
（Ⅱ）加熱，產生大量紅褐色沉淀，靜置，上層溶液呈紫紅色；
（Ⅲ）加入MnSO₄至紫紅色消失，過濾．
①步驟Ⅰ的目的：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；調節溶液的pH為3.7的目的是調節pH值使鐵元素沉淀完全，此時溶液中c（Fe³⁺）為1.1×10^-5.1mol•L^-1
②向Ⅱ的沉淀中加入濃HCl并加熱，能說明沉淀中存在MnO₂的現象是生成有黃綠色氣體，寫出其反應方程式MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
③Ⅲ中加入MnSO₄的目的是除去過量的MnO₄^-．
（4）從多次循環使用后母液中可回收的主要物質是K₂SO₄（填化學式）

Answer 1

分析 鋁灰（含Al₂O₃及少量SiO₂和FeO•xFe₂O₃），加入過量稀硫酸酸溶過濾，濾液為硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵，濾渣為二氧化硅和不溶性雜質，濾液中加入稍過量的高錳酸鉀溶液氧化亞鐵離子為鐵離子，調節溶液PH使鐵離子全部沉淀，鋁離子不沉淀，加入適量硫酸錳除去過量的高錳酸鉀過濾得到二氧化錳固體和氫氧化鐵沉淀，濾液主要是硫酸鋁溶液，蒸發濃縮，冷卻結晶過濾洗滌得到硫酸鋁晶體．
（1）氧化鋁是兩性氧化物溶于強酸強堿，與硫酸反應生成硫酸鋁和水；
（2）三價鐵離子遇到硫氰酸根離子會呈現紅色，據此檢驗鐵離子；
（3）一定條件下，MnO₄^-可與Mn²⁺反應生成MnO₂
①依據金屬陽離子沉淀開始和完全沉淀需要的溶液PH分析，亞鐵離子被氧化為鐵離子，調節溶液PH使鐵離子全部沉淀；根據氫氧化鐵的溶度積及pH=3.7計算出溶液中鐵離子濃度；
②濃鹽酸和二氧化錳再加熱條件下生成黃綠色氣體氯氣；
③加入MnSO₄至紫紅色消失，目的是除去過量高錳酸根離子；
（4）由元素守恒可知，母液中存在較多的K⁺、SO₄^2-．

解答 解：向鋁灰中加入過量稀H₂SO₄，A1₂O₃和少量FeO•xFe₂O₃和硫酸反應生成硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵，SiO₂不反應，過濾除去二氧化硅；向濾液中加入過量KMnO₄溶液，高錳酸鉀把亞鐵離子氧化成鐵離子，調節溶液的pH約為3.7生成氫氧化鐵沉淀，除去鐵離子，過濾，濾液中含鋁離子和過量的高錳酸根離子，加入硫酸錳把過量高錳酸根離子除去，再過濾，對濾液蒸發濃縮、結晶分離出硫酸鋁晶體．
（1）硫酸溶解氧化鋁生成硫酸鋁和水，反應的離子方程式為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，故答案為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（2）三價鐵離子遇到硫氰酸根離子會呈現紅色，Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃溶液，取少量濾液，向其中加入硫氰化鉀溶液，溶液變紅色，說明濾液中含Fe³⁺，反之，溶液不變紅色，說明濾液中不含Fe³⁺，
故答案為：取少量濾液于試管，滴加KSCN溶液，溶液變為紅色，則濾液中有Fe³⁺；
（3）①向濾液中加入過量KMnO₄溶液，目的是氧化亞鐵離子為三價鐵離子，依據圖表數據分析可知，鐵離子開始沉淀和沉淀完全的溶液PH為2.7～3.7，鋁離子和亞鐵離子開始沉淀的溶液PH大于3.7，所以調節溶液的pH約為3.7，可以使鐵離子全部沉淀，鋁離子不沉淀分離；氫氧化鐵的溶度積Ksp[Fe（ OH）₃]=1.1×10^-36，pH=3.7的溶液中，氫氧根離子的濃度為$\frac{1×1{0}^{-14}}{1×1{0}^{-3.7}}$=1×10^-10.3mol/L，則c（Fe³⁺）=$\frac{1.1×1{0}^{-36}}{（1×1{0}^{-10.3}）^{3}}$mol/L=1.1×10^-5.1mol/L，
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；調節pH值使鐵元素沉淀完全；1.1×10^-5.1mol•L^-1；
②向Ⅱ的沉淀中加入濃HCl并加熱，二氧化錳和濃鹽酸在加熱條件下反應MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，生成氯化錳、氯氣和水，生成的氯氣是黃綠色氣體，能說明沉淀中存在MnO₂的現象是生成黃綠色氣體，
故答案為：生成有黃綠色氣體；MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
③MnO₄^-可與Mn²⁺反應生成MnO₂，過濾除去，所以可以利用MnSO₄的溶液和高錳酸鉀溶液反應生成二氧化錳，把過量高錳酸根離子除去，
故答案為：除去過量的MnO₄^-；
（4）反應后，溶液中存在較多的K⁺、SO₄^2-便留在母液中，可回收的主要物質為K₂SO₄，故答案為：K₂SO₄．

點評 本題考查了物質的制備流程分析，涉及鋁、鐵及其化合物性質的應用，主要是混合物分離的方法和實驗設計，加入氧化劑氧化亞鐵離子，調節溶液PH是沉淀分離是解題的關鍵，題目難度中等．