Question

17．以冶鋁的廢棄物鋁灰為原料制取超細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），其制備實驗流程如下：

（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）用圖中“濾渣”和NaOH焙燒制備硅酸鈉，可采用的裝置為B（填選項編號）．

（3）在實驗流程中，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，K_sp[Fe（OH）₃]=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：4[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]═2Al₂O₃+2NH₃↑+N₂↑+5SO₃↑+3SO₂↑+53H₂O，將產(chǎn)生的氣體通過如圖所示的裝置．

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）氧化鋁和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁和水；
（2）能夠焙燒固體的裝置是坩堝，NaOH能和二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉，所以不能采用瓷坩堝灼燒；
（3）在實驗流程中，H₂O₂具有氧化性，能氧化亞鐵離子生成鐵離子；
（4）鐵離子和鐵氰化鉀反應(yīng)產(chǎn)生沉淀；
（5）該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$；
（6）①煅燒硫酸鋁銨晶體，發(fā)生的主要反應(yīng)為：4[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]═2Al₂O₃+2NH₃↑+N₂↑+5SO₃↑+3SO₂↑+53H₂O，混合氣體通入飽和的亞硫酸氫鈉溶液中，氨氣和三氧化硫溶解，剩余氣體通入高錳酸鉀溶液，二氧化硫被氧化生成硫酸根離子，剩余的氣體采用排水法收集；
②二氧化硫被酸性高錳酸鉀溶液氧化而導(dǎo)致KMnO₄溶液褪色，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成錳離子、硫酸根離子和氫離子．

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）氧化鋁屬于兩性氧化物，能溶于強酸和強堿溶液，氧化鋁和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁和水，反應(yīng)方程式為Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O，故答案為：Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）能夠焙燒固體的裝置是坩堝，NaOH能和二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉，所以不能采用瓷坩堝灼燒，所以應(yīng)該采用鐵坩堝，故選B；
（3）在實驗流程中，H₂O₂具有氧化性，能氧化亞鐵離子生成鐵離子，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）①煅燒硫酸鋁銨晶體，發(fā)生的主要反應(yīng)為：4[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]═2Al₂O₃+2NH₃↑+N₂↑+5SO₃↑+3SO₂↑+53H₂O，混合氣體通入飽和的亞硫酸氫鈉溶液中，氨氣和三氧化硫溶解，剩余氣體通入高錳酸鉀溶液，二氧化硫被氧化生成硫酸根離子，剩余的氣體N₂ 采用排水法收集，故答案為：N₂；
②二氧化硫被酸性高錳酸鉀溶液氧化而導(dǎo)致KMnO₄溶液褪色，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成錳離子、硫酸根離子和氫離子，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、實驗基本操作等知識點，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，難點是離子方程式的書寫及平衡常數(shù)計算．