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．請回答：

（1）結(jié)晶濾液的主要成分是AlCl₃、FeCl₃和HCl，二次殘渣的主要成分是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)的缺點是雜質(zhì)的富集可能會影響后續(xù)AlCl₃•6H₂O產(chǎn)品的純度．
（3）為了分析二次殘渣中鐵元素的含量，某同學(xué)稱取5.0000g二次殘渣，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），二次殘渣中鐵元素的質(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)，過濾得到一次殘渣為Si0₂，二次酸浸繼續(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)使用提純的過程，
（1）結(jié)晶濾液的主要成分是氯化鋁、氯化鐵、鹽酸，二次殘渣的主要成分是二氧化硅；
（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，氯化鋁的溶解度會隨鹽酸濃度增大減小；
（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)原子守恒配平書寫化學(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)，過濾得到一次殘渣為Si0₂，二次酸浸繼續(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，二次殘渣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)過程，最后又生成的物質(zhì)，分析過程可知HCl符合可以循環(huán)使用，循環(huán)利用該物質(zhì)的優(yōu)點是充分利用原料降低成本，缺點是雜質(zhì)的富集可能會影響后續(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二次殘渣，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
二次殘渣中鐵元素的質(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)原子守恒配平書寫化學(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．

點評 本題考查了物質(zhì)分離提純的實驗過程分析判斷，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．