Question

硫酸铝铵常用于水的净化以及工业水的处理．硫酸铝铵是白色透明结晶硬块，易溶于热水，水溶液呈酸性；随温度升高、脱去结晶水，产生晶变．工业用铝土矿（主要成分Al₂O₃、少量SiO₂、Fe₂O₃、MgO等）为原料制取硫酸铝铵的工艺流程示意图如下：

部分氢氧化物沉淀的pH如下表：

沉淀物	Al（OH）3	Fe （OH）3	Mg （OH）2
开始沉淀pH	3.8	2.7	9.4
完全沉淀pH	5.2	3.2	12.4

请回答下列问题：
（1）步骤③中调节pH使Fe （OH）₃沉淀完全，检验Fe³⁺是否沉淀完全的操作：取少量溶液C于试管中，

 

．
（2）若X为NaOH，步骤④中发生反应的离子方程式是

 

．
（3）硫酸铝铵水溶液呈酸性的原因是

 

、

 

 （用离子方程式表示）．浓度均为0.1mol/L  硫酸铝和硫酸铝铵两种水溶液，c（Al³⁺） 较大的是

 

 （填“硫酸铝铵”或“硫酸铝”）溶液．
（4）步骤⑥中，要求温度控制在90-100℃之间至硫酸铵全部溶解，其原因是

 

．
（5）步骤⑦的操作方法包括

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：制备硫酸铝铵的流程为：铝土矿（主要成分Al₂O₃、少量SiO₂、Fe₂O₃、MgO等）粉碎后与硫酸反应得到浊液，过滤后得到不溶于二氧化硅和易溶物滤液B，滤液B中含有铁离子、铝离子、镁离子，通过调节溶液的pH生成氢氧化铁沉淀铁离子，同时得到滤液C，然后向滤液C中加入适量碱液调节pH使铝离子转化成固体D氢氧化铝，向氢氧化铝中加热过量硫酸生成硫酸铝溶液F，向溶液F中加入硫酸铵得到硫酸铝、硫酸铵的混合液，然后通过冷却结晶、过滤、洗涤、干燥操作获得硫酸铝铵晶体，
（1）根据检验三价铁离子的检验方法完成；
（2）铝离子生成氢氧化铝沉淀的离子方程式；
（3）铝离子、铵离子水解使溶液显示酸性；根据铵离子水解使溶液显示酸性，硫酸铝铵溶液中氢离子浓度大于硫酸铝溶液的，氢离子抑制了铝离子的水解；
（4）根据题中信息“易溶于热水，随温度升高、脱去结晶水，产生晶变”进行分析；
（5）从滤液G制取硫酸铝铵的操作有冷却，结晶、过滤、洗涤、干燥．

解答： 解：根据图示可知，制备硫酸铝铵的流程为：铝土矿（主要成分Al₂O₃、少量SiO₂、Fe₂O₃、MgO等）粉碎后与硫酸反应得到浊液，过滤后得到不溶于二氧化硅和易溶物滤液B，滤液B中含有铁离子、铝离子、镁离子，通过调节溶液的pH生成氢氧化铁沉淀铁离子，同时得到滤液C，然后向滤液C中加入适量碱液调节pH使铝离子转化成固体D氢氧化铝，向氢氧化铝中加热过量硫酸生成硫酸铝溶液F，向溶液F中加入硫酸铵得到硫酸铝、硫酸铵的混合液，然后通过冷却结晶、过滤、洗涤、干燥操作获得硫酸铝铵晶体，
（1）检验三价铁离子是否沉淀完全的方法是：取少量溶液C于试管中，加入2～3滴KSCN溶液，若溶液变成红色，说明Fe3+未沉淀完全；若溶液不变色，说明Fe³⁺已沉淀完全，
故答案为：加入2～3滴KSCN溶液，若溶液变成红色，说明Fe3+未沉淀完全；若溶液不变色，说明Fe³⁺已沉淀完全；
 （2）溶液中铝离子与氢氧根离子生成氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式为：Al³⁺﹢3OH^-=Al（OH）₃↓，
故答案为：Al³⁺﹢3OH^-=Al（OH）₃↓；
（3）加入硫酸溶液，铝离子、铵离子水解，使溶液显示酸性，反应的离子方程式为：Al³⁺﹢3H₂O?Al （OH）₃﹢3H⁺； NH⁴⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺；根据铵离子水解使溶液显示酸性，硫酸铝铵溶液中氢离子浓度大于硫酸铝溶液的，氢离子抑制了铝离子的水解，所以硫酸铝铵溶液中铝离子浓度较大，
故答案为：Al³⁺﹢3H₂O?Al（OH）₃﹢3H⁺； NH⁴⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺； 硫酸铝铵；
（4）由于硫酸铝铵“易溶于热水，随温度升高、脱去结晶水，产生晶变”，所以温度控制在90-100℃之间，
故答案为：因为硫酸铝铵易溶于热水，有利于生成；随温度升高、脱去结晶水，产生晶变；
（5）根据题中图示，从滤液G制取硫酸铝铵，需要经过冷却结晶、过滤、洗涤、干燥操作，
故答案为：冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．

点评：本题考查了硫酸铝铵的制备及化学实验基本操作方法的综合应用，题目难度中等，明确制备流程及化学实验操作方法为解答关键，注意掌握物质制备实验方案的设计原则，明确化学实验基本操作方法、盐的水解原理及其应用方法，试题侧重考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．