Question

20．某地煤煤矸石預處理后含SiO₂ （63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物等，一般綜合利用工藝設計如下：

（1）“酸浸”過程中主要反應的離子方程式為Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O．
（2）“酸浸”時鋁浸出率的影響因素可能有酸的濃度；溫度．（寫出兩個）
（3）物質X的化學式為CO₂．“堿溶”時反應的主要離子方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（4）己知Fe³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH 分別為2.1 和3.2，Al³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.1和5.4，為了獲得產品Al（OH）₃，從煤研石的鹽酸浸取液開始，若只用CaCO₃一種試劑，后續操作過程是加入CaCO₃調節pH到3.2，過濾除去Fe（OH）₃后，再加入CaCO₃調節pH到5.4，過濾得到Al（OH）₃．

Answer 1

分析 含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物用鹽酸酸浸發生的反應為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；則過濾的溶液為
氯化鐵和氯化鋁的溶液，加碳酸鈣消耗溶液中的氫離子使三價鐵離子、三價鋁離子都水解生成氫氧化鐵、氫氧化鋁的沉淀，所以再加入氫氧化鈉，只要氫氧化鋁溶解反應為：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，所得溶液為偏鋁酸鈉溶液再通入二氧化碳進一步反應又生成氫氧化鋁，
（1）能和酸反應的物質有氧化鋁和氧化鐵；
（2）酸的濃度、溫度、反應物的接觸面積、反應時間等都影響反應速率；
（3）碳酸鈣和酸反應生成二氧化碳；氫氧化鋁和氫氧化鈉能反應生成偏鋁酸鈉；
（4）調節溶液的pH除去氫氧化鐵．

解答 解：（1）氧化鋁和氧化鐵都能和鹽酸反應生成鹽和水，反應方程式分別是：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）酸的濃度、溫度、反應物接觸面積、是否充分攪拌、反應時間等都影響反應速率，故答案為：酸的濃度；溫度；
（3）氯化鋁和氯化鐵水解都生成鹽酸，碳酸鈣和鹽酸反應生成氯化鈣和二氧化碳，所以物質X是二氧化碳，氫氧化鋁和氫氧化鈉溶液反應生成可溶性偏鋁酸鈉，離子反應方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：CO₂；Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（4）Fe³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為2.1和3.2，Al³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.1和5.4，要使鐵離子完全沉淀而鋁離子不沉淀，則溶液的pH應該為3.2，過濾氫氧化鋁沉淀時調節溶液pH為5.4，以使氫氧化鋁完全沉淀，
故答案為：加入CaCO₃調節pH到3.2，過濾除去Fe（OH）₃后，再加入CaCO₃調節pH到5.4，過濾得到Al（OH）₃．

點評 本題以工藝流程為載體考查了溶解平衡原理、物質間的反應、除雜等知識點，這種題型是高考常考題型，綜合性較強，涉及知識面較廣，用教材基礎知識采用知識遷移的方法分析解答，題目難度中等．