Question

11．粉煤灰（主要含有SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃等）是燃煤發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢渣，粉煤灰的綜合利用具有很大的價值．
Ⅰ．研究人員通過實驗對粉煤灰中鋁和鐵元素的分離工藝進(jìn)行了研究．
（1）以硫酸溶液分解粉煤灰，使其中的鋁、鐵元素溶出，過濾實現(xiàn)初步分離．
①寫出硫酸溶液與Fe₂O₃反應(yīng)的離子方程式6H⁺+Fe₂O₃=2Fe³⁺+3H₂O．
②初步分離得到的濾渣主要成分是SiO₂．
（2）向（1）分離所得的濾液中加入還原劑使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，結(jié)合表分析其原因Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀的pH相近，不易通過沉淀分離．

物質(zhì)	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Al（OH）3
沉淀區(qū)間（pH）	7.06～8.95	1.94～3.20	3.69～4.8

（3）使用堿性較弱的氨水為pH調(diào)節(jié)劑，進(jìn)行分離實驗．
①氨水使濾液中鋁離子沉淀的離子方程式為3NH₃•H₂O+Al³⁺=Al（OH）₃+3NH₄⁺．
②反應(yīng)終點的pH對鋁和鐵分離效果的影響如圖1．根據(jù)實驗結(jié)果，為達(dá)到好的分離效果，反應(yīng)過程中控制pH的范圍是略小于5，選擇該范圍的理由是鋁元素沉淀較多，鐵元素還沒有開始大量的沉淀．

Ⅱ．NH₄HSO₄和H₂SO₄按物質(zhì)的量比1：1混合配制成浸取液，220℃時，可將高鋁粉煤灰中Al₂O₃轉(zhuǎn)化為硫酸鋁銨[NH₄Al（SO₄）₂]，然后分離、煅燒獲得純Al₂O₃．
已知硫酸鋁銨：①溶解度：0℃時，S=5.2g；100℃時，S=421.9g．
②280℃時分解．
（1）依據(jù)資料可知，將硫酸鋁銨與其他溶質(zhì)分離的方法是冷卻、結(jié)晶．
（2）煅燒NH₄Al（SO₄）₂同時得到混合氣體（NH₃、N₂、SO₂、SO₃、H₂O）．若16mol混合氣體按圖2裝置被完全吸收制得浸取液，請將圖2中試劑及其物質(zhì)的量補充完整．

Answer 1

分析 I．（1）①硫酸溶液與Fe₂O₃反應(yīng)，生成硫酸鐵、水；
②SiO₂不與硫酸反應(yīng)；
（2）加入還原劑使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，避免鐵離子、鋁離子均轉(zhuǎn)化為沉淀；
（3）①氨水使濾液中鋁離子沉淀，生成氫氧化鋁和銨根離子；
②為達(dá)到好的分離效果，由圖可知，pH在4.5～5Al的沉淀率較高；
Ⅱ．由信息可知，溶解度受溫度影響大，加熱時發(fā)生4NH₄Al（SO₄）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+5SO₃↑+3SO₂↑+2NH₃↑+N₂↑+5H₂O↑，由圖可知氮氣排出，試劑Y可氧化二氧化硫，試劑X吸收二氧化硫，以此來解答．

解答 解：Ⅰ（1）①硫酸溶液與Fe₂O₃反應(yīng)的離子方程式為6H⁺+Fe₂O₃=2Fe³⁺+3H₂O，故答案為：6H⁺+Fe₂O₃=2Fe³⁺+3H₂O；
②SiO₂不與硫酸反應(yīng)，則初步分離得到的濾渣主要成分是SiO₂，故答案為：SiO₂；
（2）向（1）分離所得的濾液中加入還原劑使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，由表格數(shù)據(jù)可知，因Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀的pH相近，不易通過沉淀分離，
故答案為：Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀的pH相近，不易通過沉淀分離；
（3）①氨水使濾液中鋁離子沉淀的離子方程式為3NH₃•H₂O+Al³⁺=Al（OH）₃+3NH₄⁺，
故答案為：3NH₃•H₂O+Al³⁺=Al（OH）₃+3NH₄⁺；
②反應(yīng)終點的pH對鋁和鐵分離效果的影響如圖1．根據(jù)實驗結(jié)果，為達(dá)到好的分離效果，反應(yīng)過程中控制pH的范圍是略小于5 （或在4.5～5之間均可），因鋁元素沉淀較多，鐵元素還沒有開始大量的沉淀，
故答案為：略小于5；鋁元素沉淀較多，鐵元素還沒有開始大量的沉淀；
Ⅱ．（1）由信息可知，溶解度受溫度影響大，則將硫酸鋁銨與其他溶質(zhì)分離的方法是冷卻、結(jié)晶，故答案為：冷卻、結(jié)晶；
（2）加熱時發(fā)生4NH₄Al（SO₄）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+5SO₃↑+3SO₂↑+2NH₃↑+N₂↑+5H₂O↑，由圖可知氮氣排出，試劑Y可氧化二氧化硫，試劑X吸收三氧化硫，則試劑Y為O₂，16mol混合氣體含2mol氨氣，氧化后由S原子守恒可得到8mol三氧化硫，NH₄HSO₄和H₂SO₄按物質(zhì)的量比1：1混合配制成浸取液，由8SO₃～4NH₃，則試劑X為含2mol溶質(zhì)的氨水，
故答案為：．

點評 本題考查混合物的分離提純，為高頻考點，把握物質(zhì)的性質(zhì)、發(fā)生的反應(yīng)、習(xí)題中的信息為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意II中（2）為解答的難點，注意元素化合物知識的遷移應(yīng)用，題目難度不大．