Question

3．銨明礬是一種廣泛應用于醫藥、食品、污水處理等多個行業的重要化工產品．以高嶺土（含SiO₂、Al₂O₃、少量Fe₂O₃等）為原料制備硫酸鋁晶體[Al₂（SO₄）₃•18H₂O]和銨明礬[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]的工藝流程如下圖所示．

請回答下列問題：
（1）高嶺土首先需要灼燒，實驗室灼燒高嶺土所需的實驗儀器有bdef（填字母）．
a．蒸發皿  b．泥三角  c．漏斗  d．酒精燈  e．三腳架  f．坩堝  g．燒杯  h．試管
（2）研究發現，隨著酸熔溫度升高，氧化鋁的溶出率增大，但若酸熔時溫度過高（超過240℃），SiO₂不僅會消耗硫酸，導致氧化鋁溶出率下降，還會同時產生高溫的腐蝕性氣體，該副反應的化學方程式為SiO₂+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃+SO₃↑．
（3）要檢驗除鐵后的濾液中是否含有Fe³⁺，應采取的實驗方法為取少量除鐵后的濾液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若溶液變為血紅色則含Fe³⁺，否則不含Fe³⁺；濾渣2的主要成分為Fe（OH）₃（填化學式）．
（4）“分離1”操作包含的實驗步驟有蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
（5）中和結晶操作是將過濾出硫酸鋁晶體后的濾液，先用硫酸調節酸鋁比（溶液中游離硫酸和硫酸鋁的物質的量之比），再用氨水中和至一定的pH值即可析出銨明礬晶體，寫出該過程中的總反應方程式Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃•H₂O+22H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓
或Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃+24H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓．

Answer 1

分析 高嶺土用濃硫酸溶解，Al₂O₃、Fe₂O₃反應得到Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，SiO₂不與硫酸反應，過濾得到濾渣1為SiO₂，濾液中含有Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃及剩余的硫酸，
研究發現，隨著酸熔溫度升高，氧化鋁的溶出率增大，但若酸熔時溫度過高（超過240℃），SiO₂不僅會消耗硫酸，導致氧化鋁溶出率下降，還會同時產生高溫的腐蝕性氣體為三氧化硫，該副反應的化學方程式為SiO₂+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃+SO₃↑；
向濾液中加入物質除去Fe元素，然后過濾，則濾渣2為氫氧化鐵，將濾液蒸發濃縮、冷卻結晶和過濾得到硫酸鋁晶體，用硫酸調節酸鋁比（溶液中游離硫酸和硫酸鋁的物質的量之比），再用氨水中和至一定的pH值即可析出銨明礬晶體，反應方程式為Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃•H₂O+22H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓
或Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃+24H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓，結合題目分析解答．

解答 解：高嶺土用濃硫酸溶解，Al₂O₃、Fe₂O₃反應得到Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，SiO₂不與硫酸反應，過濾得到濾渣1為SiO₂，濾液中含有Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃及剩余的硫酸，
研究發現，隨著酸熔溫度升高，氧化鋁的溶出率增大，但若酸熔時溫度過高（超過240℃），SiO₂不僅會消耗硫酸，導致氧化鋁溶出率下降，還會同時產生高溫的腐蝕性氣體為三氧化硫，該副反應的化學方程式為SiO₂+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃+SO₃↑；
向濾液中加入物質除去Fe元素，然后過濾，則濾渣2為氫氧化鐵，將濾液蒸發濃縮、冷卻結晶和過濾得到硫酸鋁晶體，用硫酸調節酸鋁比（溶液中游離硫酸和硫酸鋁的物質的量之比），再用氨水中和至一定的pH值即可析出銨明礬晶體，反應方程式為Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃•H₂O+22H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓
或Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃+24H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓，
（1）高嶺土首先需要灼燒，實驗室灼燒高嶺土所需的實驗儀器有盛放藥品的儀器坩堝、泥三角、用于加熱的儀器酒精燈、盛放泥三角的儀器三腳架，
故選bdef；
（2）通過以上分析知，二氧化硅和濃硫酸反應方程式為SiO₂+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃+SO₃↑，
故答案為：SiO₂+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃+SO₃↑；
（3）鐵離子能和KSCN溶液反應生成血紅色溶液，所以要檢驗除鐵后的濾液中是否含有Fe³⁺，應采取的實驗方法為取少量除鐵后的濾液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若溶液變為血紅色則含Fe³⁺，否則不含Fe³⁺；濾渣2的主要成分為Fe（OH）₃，
故答案為：取少量除鐵后的濾液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若溶液變為血紅色則含Fe³⁺，否則不含Fe³⁺；Fe（OH）₃；
（4）“分離1”操作包含的實驗步驟有蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，
故答案為：蒸發濃縮；冷卻結晶；過濾；
（5）通過以上分析知，該過程中的總反應方程式Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃•H₂O+22H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓或Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃+24H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓，
故答案為：Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃•H₂O+22H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓或Al₂（SO₄）₃+H₂SO₄+2NH₃+24H₂O=2[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]↓．

點評 本題考查物質分離和提純，為高頻考點，側重考查學生分析能力、實驗基本操作能力等，明確流程圖中發生的反應及基本操作方法、物質性質是解本題關鍵，知道常見儀器用途，題目難度不大．