Question

9．我市某地的煤矸石經(jīng)預(yù)處理后含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物等，一種綜合利用工藝設(shè)計(jì)如下：

已知：

離子	開始沉淀pH	完全沉淀pH
Fe3+	2.1	3.2
Al3+	4.1	5.4

請(qǐng)回答下列問題：
（1）“酸浸”后得到的殘?jiān)�中主要含有的物質(zhì)是SiO₂，物質(zhì)X的化學(xué)式為CO₂．
（2）“酸浸”時(shí)影響鋁浸出率的因素可能有（寫出兩個(gè)）酸的濃度、溫度．
（3）為了獲得產(chǎn)品Al（OH）₃，從煤矸石的鹽酸浸取液開始，若只用CaCO₃一種試劑，后續(xù)操作過程是加入CaCO₃調(diào)節(jié)pH到3.2，過濾除去Fe（OH）₃后，再加入CaCO₃調(diào)節(jié)pH到5.4，過濾得到Al（OH）₃．
（4）Al（OH）₃可添加到塑料中作阻燃劑的原因是Al（OH）₃分解時(shí)吸收大量熱量且分解生成高熔點(diǎn)的Al₂O₃．
（5）以Al和MnO₂為電極，與NaCl和稀氨水電解質(zhì)溶液組成一種新型電池，放電時(shí)MnO₂轉(zhuǎn)化為MnO（OH）．該電池反應(yīng)的化學(xué)方程式是Al+3MnO₂+3H₂O=3MnO（OH）+Al（OH）₃．
（6）預(yù)處理后的100t煤矸石經(jīng)上述流程后，得到39t純度為95%的氫氧化鋁產(chǎn)品．則預(yù)處理后的100t煤矸石中鋁元素的回收率為96.9%．

Answer 1

分析 含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物用鹽酸酸浸發(fā)生的反應(yīng)為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；則過濾的溶液為氯化鐵和氯化鋁的溶液，加碳酸鈣消耗溶液中的氫離子使三價(jià)鐵離子、三價(jià)鋁離子都水解生成氫氧化鐵、氫氧化鋁的沉淀，所以再加入氫氧化鈉，只要?dú)溲趸�鋁溶解反應(yīng)為：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，所得溶液為偏鋁酸鈉溶液再通入二氧化碳進(jìn)一步反應(yīng)又生成氫氧化鋁；
（1）能和酸反應(yīng)的物質(zhì)有氧化鋁和氧化鐵，二氧化硅為殘?jiān)�；X是碳酸鈣和水解中的氫離子反應(yīng)生成二氧化碳；
（2）酸浸”時(shí)鋁浸出率的影響因素可能是酸的濃度、溫度、反應(yīng)物的接觸面積、反應(yīng)時(shí)間等都影響反應(yīng)速率；
（3）由于Fe³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為2.1和3.2，而Al³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.1和5.4．所以為了得到純凈的Al（OH）₃，首先加入CaCO₃調(diào)節(jié)pH到3.2，得到Fe（OH）₃，將其過濾除去后；
（4）Al（OH）₃的分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)且生成的氧化鋁的熔點(diǎn)高；
（5）根據(jù)原電池原理，Al、MnO₂和H₂O發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成MnO（OH）和Al（OH）₃；
（6）煤矸石中鋁元素的回收率=$\frac{產(chǎn)品中鋁元素質(zhì)量}{煤矸石中鋁元素的質(zhì)量}$×100%．

解答 解：含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物用鹽酸酸浸發(fā)生的反應(yīng)為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；則過濾的溶液為氯化鐵和氯化鋁的溶液，加碳酸鈣消耗溶液中的氫離子使三價(jià)鐵離子、三價(jià)鋁離子都水解生成氫氧化鐵、氫氧化鋁的沉淀，所以再加入氫氧化鈉，只要?dú)溲趸�鋁溶解反應(yīng)為：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，所得溶液為偏鋁酸鈉溶液再通入二氧化碳進(jìn)一步反應(yīng)又生成氫氧化鋁；
（1）能和酸反應(yīng)的物質(zhì)有氧化鋁和氧化鐵，二氧化硅不與酸反應(yīng)，為殘?jiān)�；X是碳酸鈣和水解中的氫離子反應(yīng)生成二氧化碳，
故答案為：SiO₂；CO₂；
（2）酸的濃度、溫度、反應(yīng)物接觸面積、是否充分?jǐn)嚢�、反�?yīng)時(shí)間等都影響反應(yīng)速率，
故答案為：酸的濃度；溫度；
（3）Fe³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為2.1和3.2，Al³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.1和5.4，要使鐵離子完全沉淀而鋁離子不沉淀，則溶液的PH應(yīng)該為3.2，過濾氫氧化鋁沉淀時(shí)調(diào)節(jié)溶液pH為5.4，以使氫氧化鋁完全沉淀，
故答案為：加入CaCO₃調(diào)節(jié)pH到3.2，過濾除去Fe（OH）₃后，再加入CaCO₃調(diào)節(jié)pH到5.4，過濾得到Al（OH）₃；
（4）Al（OH）₃的分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)且生成的氧化鋁的熔點(diǎn)高，所以Al（OH）₃可添加到塑料中作阻燃劑，
故答案為：Al（OH）₃分解時(shí)吸收大量熱量且分解生成高熔點(diǎn)的Al₂O₃；
（5）根據(jù)原電池原理，Al、MnO₂和H₂O發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成MnO（OH）和Al（OH）₃，方程式為Al+3MnO₂+3H₂O=3MnO（OH）+Al（OH）₃；
故答案為：Al+3MnO₂+3H₂O=3MnO（OH）+Al（OH）₃；
（6）煤矸石中鋁元素的回收率=$\frac{產(chǎn)品中鋁元素質(zhì)量}{煤矸石中鋁元素的質(zhì)量}$×100%=$\frac{39t×95%×\frac{27}{78}}{100t×92%×\frac{54}{102}}$×100%=96.9%，故答案為：96.9%．

點(diǎn)評(píng) 本題以工藝流程為載體考查了溶解平衡原理、物質(zhì)間的反應(yīng)、除雜等知識(shí)點(diǎn)，這種題型是高考�？碱}型，綜合性較強(qiáng)，涉及知識(shí)面較廣，用教材基礎(chǔ)知識(shí)采用知識(shí)遷移的方法分析解答，難度中等．