Question

20．以粉煤灰（主要成分為Al₂O₃和SiO₂，還含有少量的FeO、Fe₂O₃等）為原料制備Al₂O₃的流程如下：
（1）“酸浸”時需加入過量的稀硫酸，目的是提高浸取率和抑制Al³⁺水解（或為后續反應提供H⁺）．
（2）“氧化”過程中，加入H₂O₂發生反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）“提純”過程中，當加入NaOH溶液達到沉淀量最大時，溶液中c（SO₄^2-）：c（Na⁺）=1：2．
（4）已知K_sp=1×10^-39．“提純”過程中，當c（Fe³⁺）＜10^-6 mol•L^-1時，溶液中c（OH^-）＞1×10^-11mol•L^-1．
（5）“沉淀”過程中，通入過量CO₂時發生反應的化學方程式為NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃．

Answer 1

分析 制備Al₂O₃的流程：粉煤灰的主要成分為Al₂O₃和SiO₂，（含少量雜質FeO、Fe₂O₃），加稀硫酸，Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃轉化為離子，SiO₂不溶于硫酸，過濾，濾渣為SiO₂，濾液中含有Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，加雙氧水，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，氫氧化鋁為兩性物質，加入足量的氫氧化鈉Fe³⁺轉化為沉淀，鋁離子生成偏鋁酸根離子，Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，過濾，濾渣為氫氧化鐵，在濾液中通入過量的二氧化碳，生成Al（OH）₃，過濾、洗滌、干燥、煅燒得到Al₂O₃．
（1）Al³⁺易水解，“酸浸”時需加入過量的稀硫酸，抑制Al³⁺水解，H₂O₂與Fe²⁺在酸性條件下反應生成鐵離子和水，為后續反應提供H⁺；
（2）H₂O₂與Fe²⁺在酸性條件下反應生成鐵離子和水，根據氧化還原反應中得失電子數相等書寫；
（3）“提純”過程中，當加入NaOH溶液達到沉淀量最大時，生成Fe（OH）₃，Al（OH）₃沉淀，溶質為硫酸鈉；
（4）根據K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）計算c（OH^-）；
（5）碳酸的酸性強于偏鋁酸，“沉淀”過程中，通入過量CO₂生成氫氧化鋁沉淀．

解答 解：（1）Al³⁺易水解，水解生成H⁺，水解的離子方程式為：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，加入過量硫酸能抑制其水解，H₂O₂與Fe²⁺在酸性條件下反應生成鐵離子和水，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，同時為后續反應加雙氧水，氧化Fe²⁺為Fe³⁺提供H⁺，
故答案為：抑制Al³⁺水解（或為后續反應提供H⁺）；
（2）H₂O₂中O元素的化合價為-1價，具有氧化性，O元素的化合價（0→-2），H₂O₂為氧化劑，Fe²⁺中Fe元素的化合價為+2價，具有還原性，Fe元素的化合價（+2→+3），Fe元素化合價升高被氧化，Fe²⁺為還原劑，每1mol過氧化氫反應轉移電子為2mol，根據得失電子數相等，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O； 
（3）沉淀達最大量，Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，沉淀為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，溶質為Na₂SO₄，溶液中c（SO₄^2-）：c（Na⁺）=1：2，
故答案為：1：2；       
（4）K_sp[Fe（OH）₃]=1×10^-39，“提純”過程中，當c（Fe³⁺）＜10^-6 mol•L^-1時，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-39}}{1×1{0}^{-6}}}$=1×10^-11，
故答案為：1×10^-11；
（5）碳酸的酸性強于偏鋁酸，“沉淀”過程中，通入過量CO₂，發生反應為：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃，
故答案為：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃．

點評 本題以氧化鋁提取工藝流程為載體，考查元素化合物性質及相互轉化、氧化還原、離子方程式、實驗基本操作等知識點，注意把握制備原理、把握物質的性質以及相關反應方程式的書寫，難點是離子方程式的書寫及平衡常數計算，題目難度中等．