Question

19．某礦石主要含Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO及少量鈣鎂的化合物．某實(shí)驗(yàn)小組利用該礦石制得較純凈Al（OH）₃的過程如下．

（1）“氧化”的目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于其水解除去鐵元素；“氧化”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）檢驗(yàn)“水解”得到的母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺的方法是取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，無血紅色，則母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺．
（3）過濾得到的濾渣Ⅱ必須用蒸餾水洗滌，洗滌液要并入“堿溶”后得到的溶液，該操作的目的是減小鋁元素?fù)p失，提高Al（OH）₃產(chǎn)率；
（4）第四步中用NaOH溶液溶解部分沉淀混合物的離子方程式為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O
（5）如開始所取礦石質(zhì)量為5g，最后得到的Al（OH）₃的質(zhì)量為3.9g，則礦石樣品中Al₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51%．

Answer 1

分析 礦石溶于稀鹽酸發(fā)生的反應(yīng)有Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，向?yàn)V液中加入過氧化氫氧化亞鐵離子，發(fā)生的反應(yīng)為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺，向溶液中加入碳酸鈉，發(fā)生的反應(yīng)為3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑、CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，過濾得到的濾液中含有NaCl，向?yàn)V渣中加入過量NaOH溶液，Al（OH）₃溶解，其余沉淀不溶解，過濾后得到的濾渣II為CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，濾液中含有NaAlO₂，向?yàn)V液中通入二氧化碳，發(fā)生的反應(yīng)為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-），然后過濾得到Al（OH）₃，母液II中含有NaHCO₃或碳酸鈉，據(jù)此分析解答，
（1）“氧化”的目的是利用過氧化氫的氧化性氧化亞鐵離子為鐵離子；
（2）檢驗(yàn)“水解”得到的母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺的方法是取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液檢驗(yàn)鐵離子的存在；
（3）過濾得到的濾渣Ⅱ必須用蒸餾水洗滌，洗滌液要并入“堿溶”后得到的溶液，減少鋁元素?fù)p耗；
（4）氫氧化鋁具有兩性，和氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)，生成偏鋁酸鈉溶液；
（5）依據(jù)鋁元素守恒計(jì)算，氫氧化鋁物質(zhì)的量得到氧化鋁物質(zhì)的量，2Al（OH）₃～Al₂O₃，據(jù)此計(jì)算質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：礦石溶于稀鹽酸發(fā)生的反應(yīng)有Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，向?yàn)V液中加入過氧化氫氧化亞鐵離子，發(fā)生的反應(yīng)為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺，向溶液中加入碳酸鈉，發(fā)生的反應(yīng)為3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑、CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，過濾得到的濾液中含有NaCl，向?yàn)V渣中加入過量NaOH溶液，Al（OH）₃溶解，其余沉淀不溶解，過濾后得到的濾渣II為CaCO₃、Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，濾液中含有NaAlO₂，向?yàn)V液中通入二氧化碳，發(fā)生的反應(yīng)為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-（或2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-），然后過濾得到Al（OH）₃，母液II中含有NaHCO₃或碳酸鈉．
（1）“氧化”的目的是利用過氧化氫的氧化性氧化亞鐵離子為鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，通過調(diào)節(jié)溶液PH促進(jìn)鐵離子水解便于除去鐵離子，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于其水解除去鐵元素；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）檢驗(yàn)“水解”得到的母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺的方法是取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，無血紅色，則母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺，
故答案為：取少量母液Ⅰ，滴加KSCN溶液，無血紅色，則母液Ⅰ中已不存在Fe³⁺；
（3）過濾得到的濾渣Ⅱ必須用蒸餾水洗滌，洗滌液要并入“堿溶”后得到的溶液，操作的目的是減小鋁元素?fù)p失，提高Al（OH）₃產(chǎn)率，
故答案為：減小鋁元素?fù)p失，提高Al（OH）₃產(chǎn)率；
（4）第四步中用NaOH溶液溶解部分沉淀混合物是利用氫氧化鋁具有兩性，和氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)，生成偏鋁酸鈉溶液，反應(yīng)的離子方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；  
（5）如開始所取礦石質(zhì)量為5g，最后得到的Al（OH）₃的質(zhì)量為3.9g，由鋁元素守恒可知礦石樣品中Al₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{\frac{3.9g}{78g/mol}×\frac{1}{2}×102g/mol}{5.0g/mol}$×100%=51%，
故答案為：51%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，為高考高頻點(diǎn)，此種題型涉及物質(zhì)性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)基本操作，明確物質(zhì)的性質(zhì)及每一步發(fā)生的反應(yīng)、基本操作方法是解本題關(guān)鍵，熟練掌握元素化合物知識(shí)，靈活運(yùn)用知識(shí)解答問題，題目難度中等．