Question

14．以冶鋁的廢棄物鋁灰為原料制取超細(xì)α-氧化鋁，既降低環(huán)境污染又可提高鋁資源的利用率．已知鋁灰的主要成分為Al₂O₃（含少量雜質(zhì)SiO₂、FeO、Fe₂O₃），其制備實(shí)驗(yàn)流程如圖1：

（1）鋁灰中氧化鋁與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O．
（2）用圖2中“濾渣”和NaOH焙燒制備硅酸鈉，可采用的裝置為B（填選項(xiàng)編號）．
（3）在實(shí)驗(yàn)流程中，加30%的H₂O₂溶液發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）驗(yàn)證“沉鐵”后，溶液中是否還含有鐵離子的操作方法為靜置，溶液澄清后，繼續(xù)向上層清液中滴加K₄[Fe（CN）₆]溶液，若無現(xiàn)象，則溶液中不含有鐵元素，反之，則有．
（5）若用調(diào)節(jié)pH溶液“沉鐵”，則得到Fe（OH）₃，已知：25℃時(shí)，K_sp=4.0×10^-38，則該溫度下反應(yīng)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常數(shù)為2.5×10^-5．
（6）煅燒硫酸鋁銨晶體，發(fā)生的主要反應(yīng)為：4NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O $\frac{\underline{\;1240℃\;}}{\;}$ 2Al₂O₃+2NH₃↑+N₂↑+5SO₃↑+3SO₂↑+53H₂O，將產(chǎn)生的氣體通過圖3所示的裝置．
①集氣瓶中收集到的氣體是N₂ （填化學(xué)式）．
②KMnO₄溶液褪色，發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 鋁灰的主要成分為Al₂O₃（含少量雜質(zhì)SiO₂、FeO、Fe₂O₃）加稀硫酸，Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃轉(zhuǎn)化為離子，SiO₂不溶于硫酸，過濾，濾液中含有Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，加雙氧水，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，加入K₄[Fe（CN）₆]Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，過濾，在濾液中加入硫酸銨，生成NH₄Al（SO₄）₂，結(jié)晶、干燥、煅燒得到α-Al₂O₃；
（1）Al₂O₃與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁和水；
（2）蒸發(fā)皿不能用來加熱固體，瓷坩堝含有二氧化硅和氫氧化鈉反應(yīng)；
（3）加30%的H₂O₂溶液Fe²⁺被氧化為Fe³⁺；
（4）三價(jià)鐵離子遇到K₄[Fe（CN）₆]反應(yīng)生成沉淀，據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)是否含鐵離子；
（5）依據(jù)平衡常數(shù)的概念結(jié)合反應(yīng)寫出計(jì)算式計(jì)算平衡濃度解答；
（6）①NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O分解生成的氣體NH₃和SO₃被亞硫酸鈉吸收，二氧化硫被高錳酸鉀吸收；
②KMnO₄與二氧化硫反應(yīng)生成硫酸根離子和錳離子．

解答 解：鋁灰的主要成分為Al₂O₃（含少量雜質(zhì)SiO₂、FeO、Fe₂O₃）加稀硫酸，Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃轉(zhuǎn)化為離子，SiO₂不溶于硫酸，過濾，濾液中含有Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，加雙氧水，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，加入K₄[Fe（CN）₆]Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，過濾，在濾液中加入硫酸銨，生成NH₄Al（SO₄）₂，結(jié)晶、干燥、煅燒得到α-Al₂O₃；
（1）Al₂O₃與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁和水，其反應(yīng)的方程式為：Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O；
故答案為：Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）A．蒸發(fā)皿不能用來加熱固體，故A不符合；
B．鐵坩堝可以熔融二氧化硅和氫氧化鈉，故B符合；
C．玻璃中含二氧化硅和氫氧化鈉反應(yīng)，故C不符合；
D．瓷坩堝含有二氧化硅和氫氧化鈉反應(yīng)，故D不符合；
故答案為：B；
（3）濾液中含有Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，加30%的H₂O₂溶液Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，其反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）鐵離子和鐵氰化鉀反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，其檢驗(yàn)方法是：靜置，溶液澄清后，繼續(xù)向上層清液中滴加K₄[Fe（CN）₆]溶液，若無現(xiàn)象，則溶液中不含有鐵元素，反之，則有，
故答案為：靜置，溶液澄清后，繼續(xù)向上層清液中滴加K₄[Fe（CN）₆]溶液，若無現(xiàn)象，則溶液中不含有鐵元素，反之，則有；
（5）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{c（O{H}^{-}）}$，反應(yīng)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{1{0}^{-42}}{c（F{e}^{3+}）{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=2.5×10^-5，故答案為：2.5×10^-5；
（6）①NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O分解生成的氣體NH₃和SO₃被亞硫酸鈉吸收，二氧化硫被高錳酸鉀吸收，所以最后集氣瓶中收集到的氣體是N₂；
故答案為：N₂；
②酸性條件下，KMnO₄與二氧化硫反應(yīng)生成硫酸根離子和錳離子，其反應(yīng)的離子方程式為：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．

點(diǎn)評 本題以氧化鋁提取工藝流程為載體，考查元素化合物性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化、氧化還原、離子方程式、實(shí)驗(yàn)基本操作等知識點(diǎn)，注意把握制備原理，把握物質(zhì)的性質(zhì)以及相關(guān)反應(yīng)方程式的書寫，題目難度中等．