Question

12．粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物．我國(guó)火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO₂、Al₂O₃、CaO等．一種利用粉煤灰制取氧化鋁的工藝流程如圖1：

（1）粉煤灰研磨的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，提高浸取速率和浸出率．
（2）第1次過(guò)濾濾渣的主要成分有SiO₂和CaSO₄（填化學(xué)式，下同），第3次過(guò)濾時(shí)，濾渣的成分的是Al（OH）₃．
（3）在104℃用硫酸浸取時(shí)，鋁的溶出率與時(shí)間的關(guān)系如圖2，適宜的溶出時(shí)間為2h；
鋁的溶出率與“助溶劑/粉煤灰”的關(guān)系如圖3所示，從溶出率角度考慮，三種助溶劑依次為NH₄F、KF及其N(xiāo)H₄F與KF的混合物，在助溶劑/粉煤灰相同時(shí)，溶出率最高的是NH₄F（填化學(xué)式）；用含氟的化合物作這種助溶劑缺點(diǎn)是生成過(guò)程中產(chǎn)生HF及NH₃等污染環(huán)境（舉一例）．
（4）請(qǐng)寫(xiě)出流程圖中①處發(fā)生的離子反應(yīng)方程式Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃+3NH₄⁺．
（5）用鹽酸溶解硫酸鋁晶體，能夠發(fā)生的原因是通入氯化氫使A1C1₃達(dá)到飽和，而硫酸鋁不飽和．

Answer 1

分析 粉煤灰的主要氧化物組成為SiO₂、Al₂O₃、CaO等，加入硫酸溶液使Al₂O₃溶解，CaO通過(guò)反應(yīng)生成CaSO₄，CaSO₄微溶，大部分CaSO₄和SiO₂一起成為濾渣，過(guò)濾后將濾液冷卻結(jié)晶得Al₂（SO₄）₃，用鹽酸溶解Al₂（SO₄）₃，由濾液可以進(jìn)行硫酸的循環(huán)利用，可知通入氯化氫得AlCl₃晶體和硫酸溶液，沉鋁后煅燒達(dá)到氧化鋁，可知AlCl₃晶體溶解后得氯化鋁溶液，再通入氨氣得氫氧化鋁沉淀和氯化銨溶液，氯化銨溶液可以循環(huán)利用，氫氧化鋁沉淀受熱分解生成Al₂O₃．
（1）可以增大接觸面積，提高浸取速率；
（2）由分析可知，第一次過(guò)濾的沉淀主要為二氧化硅與硫酸鈣，第二次過(guò)濾的沉淀主要為氫氧化鋁；
（3）由圖可知，2h時(shí)Al溶出率以很高，再延長(zhǎng)時(shí)間溶出率幾乎不變；
由圖2可知，在$\frac{n（助溶劑）}{n（粉煤灰）}$相同時(shí)，NH₄F助溶劑對(duì)鋁的浸出率最高，容易產(chǎn)生HF與氨氣而污染環(huán)境；
（4）氨水與氯化鋁溶液反應(yīng)達(dá)到氫氧化鋁沉淀；
（5）增大氯離子濃度，有利于氯化鋁晶體的析出．

解答 解：粉煤灰的主要氧化物組成為SiO₂、Al₂O₃、CaO等，加入硫酸溶液使Al₂O₃溶解，CaO通過(guò)反應(yīng)生成CaSO₄，CaSO₄微溶，大部分CaSO₄和SiO₂一起成為濾渣，過(guò)濾后將濾液冷卻結(jié)晶得Al₂（SO₄）₃，用鹽酸溶解Al₂（SO₄）₃，由濾液可以進(jìn)行硫酸的循環(huán)利用，可知通入氯化氫得AlCl₃晶體和硫酸溶液，沉鋁后煅燒達(dá)到氧化鋁，可知AlCl₃晶體溶解后得氯化鋁溶液，再通入氨氣得氫氧化鋁沉淀和氯化銨溶液，氯化銨溶液可以循環(huán)利用，氫氧化鋁沉淀受熱分解生成Al₂O₃．
（1）粉煤灰研磨的目的是：增大反應(yīng)物的接觸面積，提高浸取速率和浸出率，
故答案為：增大反應(yīng)物的接觸面積，提高浸取速率和浸出率；
（2）通過(guò)上面的分析可知，第1次過(guò)濾時(shí)濾渣的主要成分有SiO₂和 CaSO₄，第3次過(guò)濾時(shí)濾渣的成分是Al（OH）₃，
故答案為：SiO₂、CaSO₄；Al（OH）₃；
（3）根據(jù)圖1可知，2h時(shí)鋁的浸出率達(dá)到最大值，再延長(zhǎng)時(shí)間溶出率幾乎不變，所以適宜的浸取時(shí)間為2h，
根據(jù)圖2可知，在$\frac{n（助溶劑）}{n（粉煤灰）}$相同時(shí)，NH₄F助溶劑對(duì)鋁的浸出率最高，用含氟的化合物作這種助溶劑的缺點(diǎn)是生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的HF和NH₃等，
故答案為：2； NH₄F；生生成過(guò)程中產(chǎn)生HF及NH₃等污染環(huán)境；
（4）流程圖中①處發(fā)生的離子反應(yīng)方程式：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃+3NH₄⁺，
故答案為：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃+3NH₄⁺；
（5）用鹽酸溶解硫酸鋁晶體，再通入HCl氣體，析出A1C1₃晶體，該過(guò)程能夠發(fā)生的原因是：通入氯化氫使A1C1₃達(dá)到飽和，而硫酸鋁不飽和，便于A1C1₃晶體析出，
故答案為：通入氯化氫使A1C1₃達(dá)到飽和，而硫酸鋁不飽和．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備工藝流程，關(guān)鍵是對(duì)工藝流程的理解，對(duì)鹽酸溶解與沉鋁操作理解是難點(diǎn)，注意根據(jù)硫酸循環(huán)利用及沉鋁后煅燒達(dá)到氧化鋁理解，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難點(diǎn)較大．