Question

6．粉煤灰中含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等，某實驗室對其進行處理的流程如圖所示：

回答下列問題：
（1）第①步得到的“熟料”中可溶性的成分主要是NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，等物質的量濃度的NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Cl、CH₃COO NH₄的溶液中NH₄⁺的濃度由小到大的順序為CH₃COONH₄＜NH₄Cl＜NH₄Fe（SO₄）₂
（2）濾渣B的主要成分為SiO₂，其與NaOH溶液反應的離子方程式為SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（3）已知K_SP[Fe（OH）₃]=4×10^-38，K_SP[Al（OH）₃]=1×10^-33．為實現步驟③的實驗目的，應使溶液中c（Fe³⁺）、c（Al³⁺）均小于或等于1×10^-9 mol•L^-1可認為完全沉淀，則溶液A至少應調節到pH=6用NH₄HCO₃調節pH的實驗原理為（用離子方程式表示）H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑．
（4）實驗室進行第④步操作時，所需的儀器是酒精燈、石棉網、三腳架、玻璃棒、蒸發皿，得到的晶體主要成份是（填化學式）（NH₄）₂SO₄．第⑤步所加試劑D是NaOH溶液；第⑥步生成Al（OH）₃的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．

Answer 1

分析 粉煤灰中含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等，加入硫酸氫銨加熱反應，得到熟料中含有可溶性的成分主要是NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，用水浸后，濾液A中含有NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂，濾渣B為SiO₂，在濾液A中加入碳酸氫銨調節pH可生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，濾液C含有（NH₄）₂SO₄，經蒸發結晶得到（NH₄）₂SO₄晶體，Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀加入過量氫氧化鈉溶液，得到E為NaAlO₂，通入二氧化碳，可生成氫氧化鋁沉淀，以此解答該題，
（1）NH₄Fe（SO₄）₂中亞鐵離子抑制銨根離子的水解，NH₄Cl中只有銨根離子的水解，CH₃COONH₄中醋酸根離子和銨根離子互促水解；
（2）由以上分析可知B為SiO₂，與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉和水；
（3）根據K_SP[Al（OH）₃]=1×10^-33；c（Al³⁺）均小于或等于1×10^-9 mol•L^-1可認為完全沉淀，依據溶度積常數計算，碳酸氫根離子和氫離子反應生成二氧化碳和水；
（4）第④步操作為蒸發結晶，可用到酒精燈、石棉網、三腳架、玻璃棒、蒸發皿等儀器，得到晶體為硫酸銨晶體，第⑤步所加試劑是和氫氧化鋁反應得到偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉；

解答 解：熟料中含有可溶性的成分主要是NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，用水浸后，濾液A中含有NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂，濾渣B為SiO₂，在濾液A中加入碳酸氫銨調節pH可生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，濾液C含有（NH₄）₂SO₄，經蒸發結晶得到（NH₄）₂SO₄晶體，Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀加入過量氫氧化鈉溶液，得到E為NaAlO₂，通入二氧化碳，可生成氫氧化鋁沉淀，
（1）NH₄Fe（SO₄）₂中亞鐵離子抑制銨根離子的水解，NH₄Cl中只有銨根離子的水解，CH₃COONH₄中醋酸根離子和銨根離子互促水解，則濃度大小順序為CH₃COONH₄＜NH₄Cl＜NH₄Fe（SO₄）₂，
故答案為：CH₃COONH₄＜NH₄Cl＜NH₄Fe（SO₄）₂；
（2）由以上分析可知B為SiO₂，與氫氧化鈉反應的離子方程式為SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，故答案為：SiO₂；SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（3）根據K_SP[Al（OH）₃]=1×10^-33；c（Al³⁺）均小于或等于1×10^-9 mol•L^-1可認為完全沉淀，c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-33}}{1×1{0}^{-9}}}$=1×10^-8；在酸性溶液中發生H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑，
故答案為：6；H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑；
（4）第④步操作為蒸發結晶，可用到酒精燈、石棉網、三腳架、玻璃棒、蒸發皿等儀器，得到（NH₄）₂SO₄晶體，第⑤步所加試劑D是NaOH溶液，得到E為NaAlO₂，通入二氧化碳，可生成氫氧化鋁沉淀，反應的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：玻璃棒；蒸發皿；（NH₄）₂SO₄；NaOH溶液；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；

點評 本題考查物質分離和提純方法的選擇和運用，為高頻考點，明確各個流程發生的反應及沉淀和濾液成分是解本題關鍵，熟悉常見元素化合物結構和性質，題目難度中等．