Question

9．以煤矸石（含有Al₂O₃、Fe₂O₃及SiO₂等）為原料制備結(jié)晶氯化鋁是煤矸石資源利用的重要方式之一，工藝流程如下．請(qǐng)回答：

（1）結(jié)晶濾液的主要成分是AlCl₃、FeCl₃和HCl，二次殘?jiān)�的主要成分是SiO₂（填化學(xué)式）．
（2）該工藝流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是鹽酸，循環(huán)利用該物質(zhì)的缺點(diǎn)是雜質(zhì)的富集可能會(huì)影響后續(xù)AlCl₃•6H₂O產(chǎn)品的純度．
（3）為了分析二次殘?jiān)�中鐵元素的含量，某同學(xué)稱取5.0000g二次殘?jiān)�，先將其預(yù)處理使鐵元素還原為Fe²⁺，并在容量瓶中配置成100mL溶液，然后移取25.00mL用0.01mol/LKMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL．已知反應(yīng)式為：Fe²⁺+MnO₄^-+H⁺→Fe³⁺+Mn²⁺+H₂O（未配平），二次殘?jiān)�中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.480%．
（4）通入HCl氣體能增大AlCl₃結(jié)晶效率，但HCl利用率偏低．試分別解釋原因：氯化鋁的溶解度會(huì)隨著溶液中鹽酸濃度的增加而下降、通入的HCl氣體使溶液中的鹽酸濃度升高，繼續(xù)通入HCl氣體，降低了氣體在溶液中的吸收效率．
（5）將結(jié)晶氯化鋁加入一定量蒸餾水，在100℃水浴中加熱蒸干即可得到聚合氯化鋁[Al₂（OH）_nCl_6-n•H₂O]m．由此結(jié)晶氯化鋁制取Al₂（OH）_nCl_6-n的化學(xué)方程式為2AlCl₃•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂（OH）_nCl_6-n+nHCl+（12-n）H₂O．

Answer 1

分析 以煤矸石（含有Al₂0₃、Fe₂0₃及Si0₂等）為原料制備結(jié)晶氯化鋁，煤矸石加入20%的鹽酸溶解后，Al₂0₃、Fe₂0₃和鹽酸反應(yīng)得到氯化鋁、氯化鐵溶液，Si0₂和鹽酸不反應(yīng)，過(guò)濾得到一次殘?jiān)鼮镾i0₂，二次酸浸繼續(xù)發(fā)生如上的反應(yīng)使氧化鋁、氧化鐵盡可能溶解，過(guò)濾得到二次酸浸液和二次濾渣，二次濾液調(diào)節(jié)溶液PH重新提取，一次性酸浸液蒸發(fā)濃縮制備飽和溶液，在氯化氫氣流中得到氯化鋁晶體，結(jié)晶的濾液主要是氯化鋁、氯化鐵、鹽酸，調(diào)節(jié)溶液酸度析出沉淀濾液進(jìn)行二次酸浸進(jìn)入循環(huán)使用提純的過(guò)程，
（1）結(jié)晶濾液的主要成分是氯化鋁、氯化鐵、鹽酸，二次殘?jiān)�的主要成分是二氧化硅�?br />（2）該工藝流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是參與反應(yīng)過(guò)程，最后又生成的物質(zhì)，充分利用原料，雜質(zhì)的富集可能會(huì)影響氯化鋁的純度；
（3）配平氧化還原反應(yīng)的離子方程式．結(jié)合反應(yīng)定量關(guān)系計(jì)算鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，5Fe²⁺+Mn0₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂0，注意溶液體積的變化；
（4）圖中數(shù)據(jù)分析可知AICl₃結(jié)晶效率隨氯化氫體積增大，氯化氫利用率降低，氯化鋁的溶解度會(huì)隨鹽酸濃度增大減��；
（5）結(jié)晶氯化鋁（ AICl₃•6H₂0）加入一定量蒸餾水，在lOO℃水浴中加熱蒸干即可得到聚合氯化鋁[Al₂（OH）_nCl_6-n•H₂0]_m，依據(jù)原子守恒配平書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式．

解答 解：以煤矸石（含有Al₂0₃、Fe₂0₃及Si0₂等）為原料制備結(jié)晶氯化鋁，煤矸石加入20%的鹽酸溶解后，Al₂0₃、Fe₂0₃和鹽酸反應(yīng)得到氯化鋁、氯化鐵溶液，Si0₂和鹽酸不反應(yīng)，過(guò)濾得到一次殘?jiān)鼮镾i0₂，二次酸浸繼續(xù)發(fā)生如上的反應(yīng)使氧化鋁、氧化鐵盡可能溶解，過(guò)濾得到二次酸浸液和二次濾渣，二次濾液調(diào)節(jié)溶液PH重新提取，一次性酸浸液蒸發(fā)濃縮制備飽和溶液，在氯化氫氣流中得到氯化鋁晶體，結(jié)晶的濾液主要是氯化鋁、氯化鐵、鹽酸，調(diào)節(jié)溶液酸度析出沉淀濾液進(jìn)行二次酸浸進(jìn)入循環(huán)使用提純的過(guò)程，
（1）結(jié)晶濾液的主要成分是氯化鋁、氯化鐵、鹽酸，化學(xué)式為：AlCl₃、FeCl₃和HCl，二次殘?jiān)�的主要成分是二氧化硅，化學(xué)式為：SiO₂，
故答案為：AlCl₃、FeCl₃和HCl；SiO₂；
（2）該工藝流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是參與反應(yīng)過(guò)程，最后又生成的物質(zhì)，分析過(guò)程可知HCl符合可以循環(huán)使用，循環(huán)利用該物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是充分利用原料降低成本，缺點(diǎn)是雜質(zhì)的富集可能會(huì)影響后續(xù)AlCl₃•6H₂O產(chǎn)品的純度，
故答案為：鹽酸；雜質(zhì)的富集可能會(huì)影響后續(xù)AlCl₃•6H₂O產(chǎn)品的純度；
（3）某同學(xué)稱取5.000g二次殘?jiān)�，先將其預(yù)處理使鐵元素還原為Fe²⁺，并在容量瓶中配制成100mL溶液，然后移取25.00mL用1.000×l0^-2mol•L^-lKMn0₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL．
    5Fe²⁺+Mn0₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂0
     5       1
    n       0.020L×1.000×l0^-2mol•L^-l
n=0.001mol
100mL溶液中含鐵元素物質(zhì)的量=0.001mol×$\frac{100}{25}$=0.004mol
二次殘?jiān)�中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{0.004mol×56g/mol}{5.000g}$×100%=4.480%，
故答案為：4.480%；
（4）圖中數(shù)據(jù)分析可知AICl₃結(jié)晶效率隨氯化氫體積增大，氯化氫利用率降低，氯化鋁的溶解度會(huì)隨鹽酸濃度增大減小，結(jié)晶效率變化的原因是氯化鋁的溶解度會(huì)隨著溶液中鹽酸濃度的增加而下降，隨HC1體積的增大，HC1利用率降低的原因可能是通入的HCl 氣體使溶液中的鹽酸濃度升高，繼續(xù)通入HCl 氣體，降低了氣體在溶液中的吸收效率，
故答案為：氯化鋁的溶解度會(huì)隨著溶液中鹽酸濃度的增加而下降、通入的HCl 氣體使溶液中的鹽酸濃度升高，繼續(xù)通入HCl 氣體，降低了氣體在溶液中的吸收效率；
（5）結(jié)晶氯化鋁（ AICl₃•6H₂0）加入一定量蒸餾水，在lOO℃水浴中加熱蒸干即可得到聚合氯化鋁[Al₂（OH）_nCl_6-n•H₂0]_m，依據(jù)原子守恒配平書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式為：2AlCl₃•6H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Al₂（OH）_nCl_6-n+nHCl+（12-n）H₂O，
故答案為：2AlCl₃•6H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Al₂（OH）_nCl_6-n+nHCl+（12-n）H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純的實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析判斷，數(shù)據(jù)分析和規(guī)律的理解應(yīng)用，物質(zhì)性質(zhì)和題干信息的應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度較大．