Question

18．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)生大量紅棕色沉淀，靜置，上層溶液呈紫紅色；
Ⅳ．加入MnSO₄至紫紅色消失，過濾；
Ⅴ．濃縮、結晶、分離，得到產(chǎn)品．
（1）H₂SO₄溶解A1₂O₃的化學方程式是Al₂O₃+3H₂SO₄=2Al₂（SO₄）₃+3H₂O．
（2）KMnO₄氧化Fe²⁺的離子方程式補充完整：
1MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
（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為0.1mol•L^-1
根據(jù)表中數(shù)據(jù)解釋步驟Ⅱ的目的：pH約為3時，F(xiàn)e²⁺和Al³⁺不能形成沉淀，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，可使鐵完全沉淀．
（4）己知：一定條件下，MnO₄^-可與Mn²⁺反應生成MnO₂．
①向Ⅲ的沉淀中加入濃HCl并加熱，能說明沉淀中存在MnO₂的現(xiàn)象是生成黃綠色氣體．
②Ⅳ中加入MnSO₄的目的是除去過量的MnO₄^-．

Answer 1

分析 （1）氧化鋁是兩性氧化物溶于強酸強堿；
（2）依據(jù)氧化還原反應電子守恒和原子守恒，結合元素化合價變化分析產(chǎn)物和反應物；
（3）依據(jù)金屬陽離子沉淀開始和完全沉淀需要的溶液PH分析，亞鐵離子被氧化為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子全部沉淀；
（4）①濃鹽酸和二氧化錳再加熱條件下生成黃綠色氣體氯氣；
②加入MnSO₄至紫紅色消失，目的是除去過量高錳酸根離子．

解答 解：（1）硫酸溶解氧化鋁生成硫酸鋁和水，反應的化學方程式為：Al₂O₃+3H₂SO₄=2Al₂（SO₄）₃+3H₂O；
故答案為：Al₂O₃+3H₂SO₄=2Al₂（SO₄）₃+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，反應的離子方程式為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
故答案為：1、5；8H⁺； 1、5； 4H₂O；
（3）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，鐵離子開始沉淀和沉淀完全的溶液pH為1.5--2.8，鋁離子和亞鐵離子開始沉淀的溶液pH大于3，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；
故答案為：pH約為3時，F(xiàn)e²⁺和Al³⁺不能形成沉淀，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，可使鐵完全沉淀；
（4）一定條件下，MnO₄^-可與Mn²⁺反應生成MnO₂
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的現(xiàn)象是生成黃綠色氣體；
故答案為：生成黃綠色氣體；
②MnO₄^-可與Mn²⁺反應生成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^-．

點評 本題考查了鎂、鋁、鐵及其化合物性質(zhì)的應用，主要是混合物分離的方法和實驗設計，加入氧化劑氧化亞鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH是沉淀分離是解題的關鍵，題目難度中等．