Question

3．（Ⅰ）地殼中含量第一金屬元素構成的單質A與化合物B（分子量為232）發(fā)生置換反應，產物為黑色固體C和另一單質D，單質D與水蒸氣在高溫下可得到B．則
（1）寫出構成金屬單質A的元素在周期表中的位置為第三周期ⅢA族．
（2）寫出D與水蒸氣反應的化學方程式3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．
（Ⅱ）某地煤矸石經預處理后含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計如下：

（3）物質X的化學式為CO₂．“堿溶”時反應的離子方程式為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（4）為加快“酸浸”時的速率，可采取的措施有增大鹽酸的濃度、升高反應溫度、減小煤矸石顆粒大小、充分攪拌等等．（填兩種即可）
（5）已知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．為了獲得更多產品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)操作的實驗方案是加入CaCO₃調節(jié)pH到5.4，過濾得到沉淀．

Answer 1

分析 （Ⅰ）地殼中含量第一金屬元素構成的單質A與化合物B（分子量為232）發(fā)生置換反應，產物為黑色固體C和另一單質D，單質D與水蒸氣在高溫下可得到B，則A為Al，B為Fe₃O₄，C為Al₂O₃，D為Fe，據此答題；
（Ⅱ）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鐵離子、三價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，只要氫氧化鋁溶解反應為：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一步反應又生成氫氧化鋁．

解答 解：（Ⅰ）地殼中含量第一金屬元素構成的單質A與化合物B（分子量為232）發(fā)生置換反應，產物為黑色固體C和另一單質D，單質D與水蒸氣在高溫下可得到B，則A為Al，B為Fe₃O₄，C為Fe，D為Al₂O₃，
（1）A為Al，A的元素在周期表中的位置為第三周期ⅢA族，
故答案為：第三周期ⅢA族；
（2）D為Fe，D與水蒸氣反應的化學方程式為3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，
故答案為：3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（Ⅱ）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鐵離子、三價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，只要氫氧化鋁溶解反應為：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一步反應又生成氫氧化鋁；
（3）氯化鋁和氯化鐵水解都生成鹽酸，碳酸鈣和鹽酸反應生成氯化鈣和二氧化碳，所以物質X是二氧化碳，氫氧化鋁和氫氧化鈉溶液反應生成可溶性偏鋁酸鈉，離子反應方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：CO₂；Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（4）根據影響反應速率的因素可知，為加快“酸浸”時的速率，可采取的措施有增大鹽酸的濃度、升高反應溫度、減小煤矸石顆粒大小、充分攪拌等，
故答案為：增大鹽酸的濃度、升高反應溫度、減小煤矸石顆粒大小、充分攪拌等；
（5）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應該為3.2，過濾氫氧化鋁沉淀時調節(jié)溶液pH為5.4，以使氫氧化鋁完全沉淀，
故答案為：加入CaCO₃調節(jié)pH到5.4，過濾得到沉淀．

點評 本題以工藝流程為載體考查了溶解平衡原理、物質間的反應、除雜等知識點，這種題型是高考常考題型，綜合性較強，涉及知識面較廣，用教材基礎知識采用知識遷移的方法分析解答，難度不大．