Question

7．某煤渣主要含有Al₂O₃、SiO₂，可制備堿式硫酸鋁[Al₂（SO₄）₃•2Al（OH）₃]溶液，用于煙氣脫硫，減少SO₂的排放，其制備流程：

已知：25℃，K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9，K_sp（CaSO₄）=9.1×10^-6．
（1）操作①的名稱過濾．
（2）酸浸時反應的離子方程式為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；為了提高酸浸時鋁元素的浸出率，可采取的措施把煤渣粉碎，攪拌（使粉煤灰與硫酸溶液充分接觸）、增大硫酸濃度（寫2條）．
（3）固體2的化學式是CaSO₄，試分析固體2生成的主要原因（用離子方程式結合文字簡要說明）CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑，增大了Ca²⁺濃度，使c（Ca²⁺）•c（SO₄^2-）＞K_sp（CaSO₄），導致Ca²⁺+SO₄^2-=CaSO₄↓ 或：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑，促進CaCO₃（s）沉淀溶解平衡向溶解方向移動，增大了Ca²⁺濃度，使c（Ca²⁺）•c（SO₄^2-）＞K_sp（CaSO₄），促進CaSO₄（s）沉淀溶解平衡向沉淀方向移動；；
（4）堿式硫酸鋁溶液吸收SO₂生成Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃，再向該溶液通入足量空氣，生成一種硫酸鹽，用于制備堿式硫酸鋁溶液的循環使用，試寫出有關反應的化學方程式：Al₂（SO₄）₃•2Al（OH）₃+3SO₂=Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃+3H₂O、2Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃+3O₂=4Al₂（SO₄）₃．

Answer 1

分析 煤渣主要含有Al₂O₃、SiO₂，向煤渣中加入稀硫酸，發生反應Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，SiO₂不反應，然后采用過濾方法得到固體1為SiO₂，溶液中溶質為稀硫酸和Al₂（SO₄）₃，調節溶液pH為3.6，然后加入CaCO₃粉末，發生反應CaCO₃+2H⁺═Ca²⁺+CO₂↑+H₂O，CaSO₄為微溶物，所以濾渣2的成分主要為CaSO₄，過濾得濾液，
（1）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法；
（2）氧化鋁屬于兩性氧化物，能和稀硫酸反應生成鹽和水；為了提高酸浸時鋁元素的浸出率，可以采用增大溶液濃度、升高溫度或增大反應物接觸面積等方法；
（3）固體2的化學式是CaSO₄，鈣離子濃度增大導致c（Ca²⁺）•c（SO₄^2-）＞K_sp（CaSO₄）；
（4）Al₂（SO₄）₃•2Al（OH）₃和SO₂反應生成Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃，Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃被O₂氧化生成Al₂（SO₄）₃．

解答 解：煤渣主要含有Al₂O₃、SiO₂，向煤渣中加入稀硫酸，發生反應Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，SiO₂不反應，然后采用過濾方法得到固體1為SiO₂，溶液中溶質為稀硫酸和Al₂（SO₄）₃，調節溶液pH為3.6，然后加入CaCO₃粉末，發生反應CaCO₃+2H⁺═Ca²⁺+CO₂↑+H₂O，CaSO₄為微溶物，所以濾渣2的成分主要為CaSO₄，過濾得濾液，
（1）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法，氧化鋁能溶于稀硫酸、二氧化硅難溶于稀硫酸，所以采用過濾方法分離，故答案為：過濾；
（2）氧化鋁屬于兩性氧化物，能和稀硫酸反應生成鹽和水，離子反應方程式為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；為了提高酸浸時鋁元素的浸出率，可以采用增大溶液濃度、升高溫度或增大反應物接觸面積等方法；
故答案為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；把煤渣粉碎，攪拌（使粉煤灰與硫酸溶液充分接觸），適當延長酸浸的時間，增大硫酸濃度，升高溫度；
（3）固體2的化學式是CaSO₄，CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑，增大了Ca²⁺濃度，使c（Ca²⁺）•c（SO₄^2-）＞K_sp（CaSO₄），導致Ca²⁺+SO₄^2-=CaSO₄↓ 或：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑，促進CaCO₃（s）沉淀溶解平衡向溶解方向移動，增大了Ca²⁺濃度，使c（Ca²⁺）•c（SO₄^2-）＞K_sp（CaSO₄），促進CaSO₄（s）沉淀溶解平衡向沉淀方向移動；
故答案為：CaSO₄；CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑，增大了Ca²⁺濃度，使c（Ca²⁺）•c（SO₄^2-）＞K_sp（CaSO₄），導致Ca²⁺+SO₄^2-=CaSO₄↓ 或：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑，促進CaCO₃（s）沉淀溶解平衡向溶解方向移動，增大了Ca²⁺濃度，使c（Ca²⁺）•c（SO₄^2-）＞K_sp（CaSO₄），促進CaSO₄（s）沉淀溶解平衡向沉淀方向移動；
（4）Al₂（SO₄）₃•2Al（OH）₃和SO₂反應生成Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃，Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃被O₂氧化生成Al₂（SO₄）₃，反應方程式為Al₂（SO₄）₃•2Al（OH）₃+3SO₂=Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃+3H₂O、2Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃+3O₂=4Al₂（SO₄）₃，
故答案為：Al₂（SO₄）₃•2Al（OH）₃+3SO₂=Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃+3H₂O；2Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃+3O₂=4Al₂（SO₄）₃．

點評 本題考查物質分離和提純，為高頻考點，側重考查離子反應、難溶物溶解平衡及基本操作，明確物質的性質及基本操作方法即可解答，難點是（3）題，知道濃度積與溶度積的關系，題目難度不大．