Question

用含有A1₂O₃、SiO₂和少量FeO?xFe₂O₃的鋁灰制備A1₂（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?yàn)V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(jié)晶、分離，得到產(chǎn)品．
（1）H₂SO₄溶解A1₂O₃的離子方程式是

 

（2）KMnO₄^-氧化Fe²⁺的離子方程式補(bǔ)充完整：
1MnO

- 4

+

 

Fe²⁺+

 

 

=1Mn²⁺+

 

Fe³⁺+

 

 

（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：

 

．
（4）己知：一定條件下，MnO₄^-可與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₂．
①向Ⅲ的沉淀中加入濃HCI并加熱，能說明沉淀中存在MnO₂的現(xiàn)象是

 

．
②Ⅳ中加入MnSO₄的目的是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計題

分析：向鋁灰中加入過量稀H₂SO₄，A1₂O₃和少量FeO?xFe₂O₃和硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵，SiO₂不反應(yīng)，過濾除去二氧化硅；向?yàn)V液中加入過量KMnO₄溶液，高錳酸鉀把亞鐵離子氧化成鐵離子，調(diào)節(jié)溶液的pH約為3生成氫氧化鐵沉淀，除去鐵離子，過濾，濾液中含鋁離子和過量的高錳酸根離子；加入硫酸錳把過量高錳酸根離子除去，再過濾，對濾液蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶分離出硫酸鋁晶體．
（1）氧化鋁是兩性氧化物溶于強(qiáng)酸強(qiáng)堿；
（2）依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒和原子守恒，結(jié)合元素化合價變化分析產(chǎn)物和反應(yīng)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(yīng)的離子方程式為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
故答案為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（2）反應(yīng)中MnO₄^-→Mn²⁺，F(xiàn)e²⁺→Fe³⁺，MnO₄^-系數(shù)為1，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，F(xiàn)e²⁺系數(shù)為

7-2

3-2

=5，由元素守恒可知，F(xiàn)e³⁺系數(shù)為5，由電荷守恒可知，由H⁺參加反應(yīng)，其系數(shù)為8，根據(jù)元素原子守恒可知，有H₂O生成，其系數(shù)為4，方程式配平為MnO₄^-+5 Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
故答案為：5；8H⁺； 5； 4H₂O；
（3）向?yàn)V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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(diǎn)評：本題考查了鎂、鋁、鐵及其化合物性質(zhì)的應(yīng)用，主要是混合物分離的方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)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(guān)鍵，題目難度中等．