Question

5．無鐵硫酸鋁是制造高檔紙張和高級織物的重要原材料，制取無鐵硫酸鋁的工藝流程如圖所示．鋁土礦酸溶后得到含鐵（Fe²⁺和Fe³⁺）的硫酸鋁溶液，再經(jīng)過后續(xù)加工，最終得到成品無鐵硫酸鋁（溶液中各種金屬離子開始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH見表）．

	開始	完全
Fe2+	7.6	9.7
Fe3+	2.7	3.7
Al3+	3.3	5.0
Mn2+	8.3	9.8

（1）試劑X可以用下列試劑中的a（填編號）
a．鋁土礦粉      b．氫氧化鈉         c．氧化鈣
（2）生產(chǎn)中控制pH為3而不大于3的原因是pH超過3.3將導(dǎo)致Al³⁺沉淀，降低成品產(chǎn)量；
（3）操作I的名稱蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌；
（4）除鐵時(shí)，必須先加入高錳酸鉀溶液，目的是把Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺；高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液反應(yīng)生成活性二氧化錳，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O═5MnO₂↓+2H₂SO₄+K₂SO₄；
（5）濾渣的含鐵成分是Fe（OH）₃，用離子方程式表示其成因Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；
（6）活性二氧化錳能和Fe（OH）₃發(fā)生吸附共沉作用，用化學(xué)平衡理論解釋活性二氧化錳的作用吸附Fe（OH）₃，促使Fe³⁺水解而充分沉淀（或促使水解平衡正向移動(dòng)）．

Answer 1

分析 工業(yè)生產(chǎn)無鐵硫酸鋁，以硫酸浸取鋁土礦得含鐵（Fe²⁺和Fe³⁺）的硫酸鋁溶液，再加入鋁土礦調(diào)節(jié)PH值至3，部分三價(jià)鐵離子沉淀，再加入一定量高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液，在溶液中生成活性二氧化錳，二價(jià)鐵離子被氧化成三價(jià)鐵，反應(yīng)一段時(shí)間，F(xiàn)e（OH）₃和二氧化錳發(fā)生吸附共沉作用，最終得到無鐵硫酸鋁產(chǎn)品．
（1）加氫氧化鈉和氧化鈣會(huì)引入雜質(zhì)且會(huì)將溶液中的金屬離子沉淀下來；
（2）pH超過3.3將導(dǎo)致Al³⁺沉淀，降低成品產(chǎn)量；
（3）根據(jù)題中信息，可知操作1為蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌；
（4）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，加入高錳酸鉀的目的是把Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，再調(diào)節(jié)PH值就可將鐵除去；由題意可知高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液反應(yīng)生成活性二氧化錳，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)升降相等，可寫出化學(xué)方程式；
（5）鐵離子易發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鐵，則濾渣的含鐵成分是氫氧化鐵；
（6）活性二氧化錳能吸附Fe（OH）₃，促使Fe³⁺水解徹底．

解答 解：（1）為了不引入雜質(zhì)用鋁土礦，氫氧化鈉和氧化鈣會(huì)引入雜質(zhì)且會(huì)將溶液中的金屬離子沉淀下來，
故答案為：a；
（2）生產(chǎn)中控制pH為3而不大于3的原因是pH超過3.3將導(dǎo)致Al³⁺沉淀，降低成品產(chǎn)量，故答案為：pH超過3.3將導(dǎo)致Al³⁺沉淀，降低成品產(chǎn)量；
（3）根據(jù)題中信息，可知操作1為蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌；
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌；
（4）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，除鐵時(shí)，將二價(jià)鐵轉(zhuǎn)化成三價(jià)鐵，再調(diào)節(jié)PH值就可將鐵除去，否則在保留鋁離子時(shí)，溶液中會(huì)存在二價(jià)鐵，則加入高錳酸鉀的目的是把Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺；由題意可知高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液反應(yīng)生成活性二氧化錳，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)升降相等，可寫出化學(xué)方程式為2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O═5MnO₂↓+2H₂SO₄+K₂SO₄，
故答案為：把Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺；2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O═5MnO₂↓+2H₂SO₄+K₂SO₄；
（5）鐵離子易發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鐵，則濾渣的含鐵成分是氫氧化鐵，水解離子方程式為Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，
故答案為：Fe（OH）₃；Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；
（6）活性二氧化錳能吸附Fe（OH）₃，促使Fe³⁺水解徹底而充分沉淀（或促使水解平衡正向移動(dòng)），
故答案為：吸附Fe（OH）₃，促使Fe³⁺水解而充分沉淀（或促使水解平衡正向移動(dòng)）．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，設(shè)計(jì)物質(zhì)的制備流程、方程式的書寫、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的分離和提純等問題，題目難度中等，注意把握制備原理和實(shí)驗(yàn)流程．