Question

12．用含有A1₂0₃、SiO₂和少量FeO•xFe₂O₃的鋁灰制備A1₂（SO₄）₃•18H₂O．，工藝流程如下（部分操作和條件略）：
Ⅰ．向鋁灰中加入過量稀H₂SO₄，過濾：
Ⅱ．向濾液中加入過量KMnO₄溶液，調節溶液的pH約為3；
Ⅲ．加熱，產生大量棕色沉淀，靜置，上層溶液呈紫紅色：
Ⅳ．加入MnSO₄至紫紅色消失，過濾；
Ⅴ．濃縮、結晶、分離，得到產品．
（1）H₂SO₄溶解A1₂O₃的離子方程式是Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O
（2）KMnO₄氧化Fe²⁺的離子方程式補充完整：
1MnO₄+5Fe²⁺+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
（3）已知：
生成氫氧化物沉淀的pH

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3
開始沉淀時	3.4	6.3	1.5
完全沉淀時	4.7	8.3	2.8

注：金屬離子的起始濃度為0.1mol•L^-1
根據表中數據解釋步驟Ⅱ的目的：除去鐵元素
（4）己知：一定條件下，MnO₄^-可與Mn²⁺反應生成MnO₂，
①向Ⅲ的沉淀中加入濃HCI并加熱，能說明沉淀中存在MnO₂的現象是濃鹽酸與MnO₂加熱生成黃綠色氣體Cl₂即可判斷MnO₂是否存在．
②Ⅳ中加入MnSO₄的目的是除去過量的MnO₄^-．

Answer 1

分析 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）氧化鋁是兩性氧化物溶于強酸強堿；
（2）依據氧化還原反應電子守恒和原子守恒，結合元素化合價變化分析產物和反應物；
（3）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；
（4）①濃鹽酸和二氧化錳再加熱條件下生成黃綠色氣體氯氣；
②加入MnSO₄至紫紅色消失，目的是除去過量高錳酸根離子．

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）反應中MnO₄^-→Mn²⁺，Fe²⁺→Fe³⁺，MnO₄^-系數為1，根據電子轉移守恒可知，Fe²⁺系數為$\frac{7-2}{3-2}$=5，由元素守恒可知，Fe³⁺系數為5，由電荷守恒可知，由H⁺參加反應，其系數為8，根據元素原子守恒可知，有H₂O生成，其系數為4，方程式配平為MnO₄^-+5 Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
故答案為：1；5；8H⁺；1；5；4H₂O；
（3）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1.5--2.8，鋁離子和亞鐵離子開始沉淀的溶液PH大于3，所以調節溶液的pH約為3，可以使鐵離子全部沉淀，鋁離子不沉淀分離；
故答案為：除去鐵元素；
（4）一定條件下，MnO₄^-可與Mn²⁺反應生成MnO₂
①向Ⅲ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：濃鹽酸與MnO₂加熱生成黃綠色氣體Cl₂即可判斷MnO₂是否存在；
②MnO₄^-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^-．

點評 本題考查了鎂、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．