Question

2．硅藻土是一種硅質(zhì)巖石，主要分布在中國、美國等國．它主要由古代硅藻的遺骸所組成．其化學(xué)成分以SiO₂為主，可用SiO₂•nH₂O表示，并含有少量的有機(jī)質(zhì)、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO等雜質(zhì)．如圖是生產(chǎn)精制硅藻土并獲得Al（OH）₃的工藝流程．
（1）該工藝流程中多處涉及到過濾操作，其需要用到的玻璃儀器主要有燒杯、玻璃棒、（普通）漏斗．
（2）假設(shè)所得反應(yīng)Ⅰ的濾液中各種金屬陽離子的濃度均為0.001mol/L（ 查數(shù)據(jù)可知部分難溶物的溶度積K_sp數(shù)值如下表所示（25℃））

難溶物	溶度積Ksp
Mg（OH）2	1.8×10-11
Al（OH）3	1.0×10-33
Fe（OH）3	8.0×10-38

①由數(shù)據(jù)分析可知，向反應(yīng)Ⅰ的濾液中逐滴加入NaOH溶液，金屬陽離子的沉淀順序依次為：Fe³⁺＞Al³⁺＞Mg²⁺．（用“離子符號(hào)”回答）
②當(dāng)Fe³⁺恰好沉淀完全時(shí)溶液的PH值為3.3．（已知：lg2=0.3）
（3）反應(yīng)Ⅲ中生成Al（OH）₃沉淀的離子方程式是AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓．
（4）實(shí)驗(yàn)室用酸堿滴定法測定硅藻土中硅含量的步驟如下：
步驟1：準(zhǔn)確稱取樣品a g，加入適量KOH固體，在高溫下充分灼燒，冷卻，加水溶解．
步驟2：將所得溶液完全轉(zhuǎn)移至塑料燒杯中，加入硝酸至強(qiáng)酸性，得硅酸濁液．
步驟3：向硅酸濁液中加入NH₄F溶液、飽和KCl溶液，得K₂SiF₆沉淀，用塑料漏斗過濾并洗滌．
步驟4：將K₂SiF₆轉(zhuǎn)移至另一燒杯中，加入一定量蒸餾水，采用70℃水浴加熱使其充分水解（K₂SiF₆+3H₂O=H₂SiO₃+4HF+2KF）．
步驟5：向上述水解液中加入數(shù)滴酚酞，趁熱用濃度為c mol/L NaOH的標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液V mL．
①步驟3中采用飽和KCl溶液洗滌沉淀，其目的是洗去沉淀表面的HF等雜質(zhì)；增大K⁺濃度，減少K₂SiF₆的損失．
②步驟5中判斷滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是最后一滴滴入后溶液由無色變?yōu)榉奂t色，且30s不褪色．
③已知樣品中SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可用公式“w（SiO₂）=$\frac{15cV×1{0}^{-3}}{a}$×100%”進(jìn)行計(jì)算．
由此分析步驟5中與NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液發(fā)生中和反應(yīng)的酸為B．
A．H₂SiO₃       B．HF        C．H₂SiO₃和HF         D．無法確定

Answer 1

分析 硅藻土中含有二氧化硅和有機(jī)質(zhì)及少量的Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO等雜質(zhì)，這些物質(zhì)中只有有機(jī)物能燃燒；向所得固體中加入稀硫酸，發(fā)生的反應(yīng)為Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₃O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、MgO+H₂SO₄=MgSO₄+H₂O，二氧化硅不反應(yīng)，過濾后得到的固體主要成分是SiO₂，然后烘干得到硅藻土；向?yàn)V液中加入過量NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)Fe₂（SO₄）₃+6NaOH=2Fe（OH）₃↓+3Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃+8NaOH=2NaAlO₂+3Na₂SO₄+4H₂O、MgSO₄+2NaOH=Mg（OH）₂↓+Na₂SO₄，然后過濾，向?yàn)V液中通入過量二氧化碳，發(fā)生反應(yīng)NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃，過濾得到固體Al（OH）₃，
（1）過濾操作常用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、（普通）漏斗；
（2）①根據(jù)沉淀的溶解平衡可知，溶度積常數(shù)越小，越容易沉淀；
②當(dāng)Fe³⁺恰好沉淀完全時(shí)，即c（Fe³⁺）＜10^-5 mol/L，根據(jù)K_sp=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）可計(jì)算得溶液中氫氧根離子的溶液，進(jìn)而確定溶液的PH值；
（3）反應(yīng)Ⅲ中生成Al（OH）₃沉淀是在偏鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀；
（4）①用飽和KCl溶液洗滌沉淀可以洗去沉淀表面雜質(zhì)，減少K₂SiF₆沉淀的損失；
②氫氧化鈉溶液滴定實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)判斷為，滴入最后一滴氫氧化鈉溶液變?yōu)榧t色且半分鐘內(nèi)部變化怎么反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)；
③消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量是0.001Vcmol，則根據(jù)方程式K₂SiF₆+3H₂O=H₂SiO₃+4HF+2KF和二氧化硅的含量表達(dá)式可知，反應(yīng)中與氫氧化鈉反應(yīng)的應(yīng)該是HF．

解答 解：硅藻土中含有二氧化硅和有機(jī)質(zhì)及少量的Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO等雜質(zhì)，這些物質(zhì)中只有有機(jī)物能燃燒；向所得固體中加入稀硫酸，發(fā)生的反應(yīng)為Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₃O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、MgO+H₂SO₄=MgSO₄+H₂O，二氧化硅不反應(yīng)，過濾后得到的固體主要成分是SiO₂，然后烘干得到硅藻土；向?yàn)V液中加入過量NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)Fe₂（SO₄）₃+6NaOH=2Fe（OH）₃↓+3Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃+8NaOH=2NaAlO₂+3Na₂SO₄+4H₂O、MgSO₄+2NaOH=Mg（OH）₂↓+Na₂SO₄，然后過濾，向?yàn)V液中通入過量二氧化碳，發(fā)生反應(yīng)NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃，過濾得到固體Al（OH）₃，
（1）過濾操作常用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、（普通）漏斗，
故答案為：燒杯、玻璃棒、（普通）漏斗；
（2）①根據(jù)沉淀的溶解平衡可知，溶度積常數(shù)越小，越容易沉淀，所以根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，金屬陽離子的沉淀順序依次為Fe³⁺＞Al³⁺＞Mg²⁺，
故答案為：Fe³⁺＞Al³⁺＞Mg²⁺；
②當(dāng)Fe³⁺恰好沉淀完全時(shí)，即c（Fe³⁺）≤10^-5 mol/L，根據(jù)K_sp=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）可知，c（OH^-）=$\root{3}{\frac{K{\;}_{sp}}{c（Fe{\;}^{3+}）}}$=2×10^-11mol/L，則c（H⁺）=5×10^-4mol/L，所以溶液的PH=3+lg2=3.3，
故答案為：3.3；
（3）反應(yīng)1中氧化鋁和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁，然后加入過量的氫氧化鈉生成偏鋁酸鈉，則過濾后再通入CO₂即可生成氫氧化鋁，反應(yīng)的離子方程式是AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，
故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；
（4）①采用飽和KCl溶液洗滌沉淀，其目的是洗去沉淀表面的HF等雜質(zhì)；增大K⁺濃度，減少K₂SiF₆的損失，
故答案為：洗去沉淀表面的HF等雜質(zhì)；增大K⁺濃度，減少K₂SiF₆的損失；
②由于堿液能使酚酞試液顯紅色，所以步驟5中滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象為最后一滴滴入后溶液由無色變?yōu)榉奂t色，且30 s不褪色；
故答案為：最后一滴滴入后溶液由無色變?yōu)榉奂t色，且30s不褪色；
③消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量是0.001Vcmol，則根據(jù)方程式K₂SiF₆+3H₂O=H₂SiO₃+4HF+2KF和二氧化硅的含量表達(dá)式可知，反應(yīng)中與氫氧化鈉反應(yīng)的應(yīng)該是HF，故選B．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查二氧化硅的性質(zhì)、氫氧化鋁的制備及用途、中和滴定、化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作以及物質(zhì)含量的有關(guān)計(jì)算，中等難度，側(cè)重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力和規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力以及動(dòng)手操作能力．