Question

【題目】用含有Al2O3、SiO2和少量FeO·xFe2O3的鋁灰制備Al2(SO4)3·18H2O，工藝流程如下(部分操作和條件略)：

Ⅰ．向鋁灰中加入過量稀H2SO4，過濾；

Ⅱ．向濾液中加入過量KMnO4溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH約為3；

Ⅲ．加熱，產(chǎn)生大量棕色沉淀，靜置，上層溶液呈紫紅色；

Ⅳ．加入MnSO4至紫紅色消失，過濾；

Ⅴ．.再經(jīng)過一系列操作，分離得到產(chǎn)品。

(1)步驟Ⅰ中過濾所得濾渣主要成分為：______________________，

H2SO4溶解Al2O3的離子方程式為：_____________________。

(2)步驟Ⅱ中加入KMnO4時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為： 。

(3)已知：生成氫氧化物沉淀的pH

	Al(OH)3	Fe(OH)2	Fe(OH)3
開始沉淀時	3.4	6.3	1.5
完全沉淀時	4.7	8.3	2.8

注：金屬離子的起始濃度均為0.1 mol·L－1

①根據(jù)表中數(shù)據(jù)解釋步驟Ⅱ的目的：________________________，

②當(dāng)Al3+開始沉淀時，Fe3+的濃度約為：_______________________。

(4)已知：一定條件下，MnO可與Mn2＋反應(yīng)生成MnO2。

①向Ⅲ的沉淀中加入濃鹽酸并加熱，能說明沉淀中存在MnO2的現(xiàn)象是： 。

②步驟Ⅳ中加入MnSO4的目的是： 。

(5)步驟Ⅴ中“一系列操作”是__________________、_________________。

Answer 1

【答案】

(1)SiO2；Al2O3＋6H＋ =2Al3＋＋3H2O

(2)MnO＋5 Fe2＋＋8H＋=Mn2＋＋5 Fe3＋＋4H2O

(3)①pH約為3時，Fe2＋和Al3＋不能形成沉淀，將Fe2＋氧化為Fe3＋，可使鐵完全沉淀；②10-6.7或10-6.8

(4)①生成黃綠色氣體；②除去過量的MnO

(5)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；

【解析】

試題分析：(1)Al2O3、FeOxFe2O3能與硫酸反應(yīng)，而SiO2不與硫酸反應(yīng)，步驟Ⅰ過濾得到沉淀的主要成分為：SiO2，硫酸溶解氧化鋁生成硫酸鋁和水，反應(yīng)的離子方程式為：Al2O3+6H+=2Al3++3H2O；故答案為：SiO2；Al2O3+6H+=2Al3++3H2O；

(2)高錳酸根離子在酸溶液中被還原為錳離子，亞鐵離子被氧化為鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：MnO4-+5Fe2++8H+=5Fe3++Mn2++4H2O，故答案為：MnO4-+5Fe2++8H+=5Fe3++Mn2++4H2O；

(3)①鐵離子開始沉淀和沉淀完全的溶液pH為1.5～2.8，鋁離子開始沉淀pH為3.4，亞鐵離子開始沉淀的溶液pH大于鋁離子完全沉淀pH，向濾液中加入過量KMnO4溶液，目的是氧化亞鐵離子為三價鐵離子，依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析可知，所以調(diào)節(jié)溶液的pH約為3，可以使鐵離子全部沉淀，鋁離子不沉淀分離，步驟II的目的：pH約為3時，Fe2+和Al3+不能形成沉淀，將Fe2+氧化為Fe3+，可使鐵完全沉淀，故答案為：pH約為3時，Fe2+和Al3+不能形成沉淀，將Fe2+氧化為Fe3+，可使鐵完全沉淀；

②濃度為0.1molL-1的Fe3+開始沉淀時，溶液pH為1.5，所以Ksp[Fe(OH)3] = 0.1 × (10-14+1.5)3 = 1 × 10-38.5，當(dāng)Al3+開始沉淀時，溶液pH為3.4，即溶液中氫氧根離子的濃度為1×10-14+3.4 molL-1=1×10-10.6 molL-1，所以Fe3+的濃度為=10-6.7 molL-1，故答案為：10-6.7 molL-1；

(4)①向Ⅲ的沉淀中加入濃HCl并加熱，二氧化錳和濃鹽酸在加熱條件下反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水生成的氯氣是黃綠色氣體，能說明沉淀中存在MnO2，故答案為：生成黃綠色氣體；②MnO4-可與Mn2+反應(yīng)生成MnO2，過濾除去，所以可以利用MnSO4的溶液和高錳酸鉀溶液反應(yīng)生成二氧化錳，把過量高錳酸根離子除去，故答案為：除去過量的MnO4-；

(5)從溶液中獲得Al2(SO4)318H2O晶體，可以通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶的方法，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶。