Question

10．工業(yè)生產(chǎn)無鐵硫酸鋁，以硫酸浸取鋁土礦得含鐵（Fe²⁺和Fe³⁺）的硫酸鋁溶液，加熱到一定溫度，攪拌，加入一定量高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液，在溶液中生成活性二氧化錳，調(diào)節(jié)溶液的pH，反應一段時間，F(xiàn)e （OH） ₃和二氧化錳發(fā)生吸附共沉作用，最終得到無鐵硫酸鋁產(chǎn)品．

（1）KMnO₄首先將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，其本身被還原為MnO₂，反應的離子方程式為MnO₄^-+3Fe²⁺+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O．
（2）寫出高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液反應的化學方程式2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄．實驗證明，n（MnO₂）/n（Fe）控制在4：1時，除鐵效果較好．若溶液中亞鐵離子和鐵離子濃度均為0.03mol/L，為達到較好的除鐵效果，每1L溶液應加入高錳酸鉀的物質(zhì)的量為0.102mol．
（3）調(diào)節(jié)pH的作用是使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去．
（4）操作1的名稱為過濾，操作2的名稱為蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌．
（5）下列有關工藝的說法正確的是ABC．（填字母序號）
A．可以向溶液中再加入鋁土礦粉等調(diào)節(jié)pH
B．溶液的堿性越強，則除鐵效果越好，但同時會影響硫酸鋁的產(chǎn)率
C．活性二氧化錳生成量應適宜，不足時鐵的去除率較低，過量時會增加成本
D．可以直接向溶液中加入二氧化錳粉末以除去Fe （OH） ₃．

Answer 1

分析 工業(yè)生產(chǎn)無鐵硫酸鋁，以硫酸浸取鋁土礦得含鐵（Fe²⁺和Fe³⁺）的硫酸鋁溶液，加熱到一定溫度，攪拌，加入一定量高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液，在溶液中生成活性二氧化錳，調(diào)節(jié)溶液的pH，反應一段時間，F(xiàn)e（OH）₃和二氧化錳發(fā)生吸附共沉作用，最終得到無鐵硫酸鋁產(chǎn)品，
（1）KMnO₄首先將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，其本身被還原為MnO₂，依據(jù)原子守恒和電荷守恒書寫離子方程式；
（2）根據(jù)氧化還原反應中化合價升降相等，可寫出化學方程式為2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄；結(jié)合離子方程式和化學方程式定量關系計算；
（3）鐵離子易發(fā)生水解反應生成氫氧化鐵；
（4）操作1為過濾，操作2為蒸發(fā)結(jié)晶；
（5）A．氧化鋁與酸反應，可起到調(diào)節(jié)pH的作用，并且不引入新的雜質(zhì)；
B．氫氧化鈉與硫酸鋁反應生成氫氧化鋁沉淀；
C．活性二氧化錳不足時鐵的去除率較低；
D．直接向溶液中加入二氧化錳粉末吸附作用太低．

解答 解：工業(yè)生產(chǎn)無鐵硫酸鋁，以硫酸浸取鋁土礦得含鐵（Fe²⁺和Fe³⁺）的硫酸鋁溶液，加熱到一定溫度，攪拌，加入一定量高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液，在溶液中生成活性二氧化錳，調(diào)節(jié)溶液的pH，反應一段時間，F(xiàn)e（OH）₃和二氧化錳發(fā)生吸附共沉作用，最終得到無鐵硫酸鋁產(chǎn)品，
（1）KMnO₄首先將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，其本身被還原為MnO₂，依據(jù)原子守恒和電荷守恒書寫離子方程式為：MnO₄^-+3Fe²⁺+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O，
故答案為：MnO₄^-+3Fe²⁺+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O；
（2）由題意可知高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液反應生成活性二氧化錳，根據(jù)氧化還原反應中化合價升降相等，可寫出化學方程式為2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄，若溶液中亞鐵離子和鐵離子濃度均為0.03mol/L，溶液中含有Fe²⁺物質(zhì)的量為0.03mol，調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子全部沉淀，n（Fe）=0.06mol
   MnO₄^-+3Fe²⁺+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O，
0.01mol 0.03mol          0.01mol
n（MnO₂）/n（Fe）控制在4：1時，除鐵效果較好．則n（MnO₂）=0.06mol×4=0.24mol；
反應中生成二氧化錳物質(zhì)的量=0.24mol-0.01mol=0.23mol，消耗高錳酸鉀物質(zhì)的量：
2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄，
 2                 5
n                 0.23mol
n=0.0.092mol              
為達到較好的除鐵效果，每1L溶液應加入高錳酸鉀的物質(zhì)的量=0.092mol+0.01mol=0102mol；
故答案為：2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄；0.102mol；
（3）鐵離子易發(fā)生水解反應生成氫氧化鐵，當調(diào)節(jié)溶液PH，使溶液PH增大時，易使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去，
故答案為：使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去；
（4）根據(jù)題中信息，反應一段時間，二氧化錳和Fe （OH） ₃發(fā)生吸附共沉作用，可知操作1為過濾，操作2為過濾后，濾液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌；
故答案為：過濾；蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌；
（5）A．氧化鋁與酸反應，向溶液中再加入鋁土礦粉可起到調(diào)節(jié)pH的作用，并且不引入新的雜質(zhì)，故A正確；
B．如果溶液的堿性太強，會與硫酸鋁反應生成氫氧化鋁沉淀而導致產(chǎn)率較低，故B正確；
C．活性二氧化錳不足時不能完全除去氫氧化鐵，鐵的去除率較低，過量時會增加成本，故C正確；
D．直接向溶液中加入二氧化錳粉末吸附作用太低，故D錯誤．
故答案為：ABC．

點評 本題考查較為綜合，設計物質(zhì)的制備流程、離子方程式的書寫、氧化還原反應、物質(zhì)的分離和提純等問題，但題目難度中等，本題注意把握制備原理和實驗流程．