Question

8．榴石矿石可以看作CaO、Fe₂O₃、A1₂O₃、SiO₂组成，由榴石矿石制取氯化钙和氧化铝的实验步骤如图1：

（1）榴石矿加盐酸溶解后，溶液里除了Ca²⁺外，还含有的金属离子是Fe³⁺、Al³⁺．
（2）对溶液进行操作时，控制溶液pH=9～10（有关氢氧化物沉淀的pH见下表）NaOH不能过量，若NaOH过量可能会导致Al（OH）₃溶解，Ca（OH）₂沉淀．

氢氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Ca（OH）2
开始沉淀pH	1.5	3.3	12.0

（3）①某同学在实验室中用图2甲装置制取CO₂气体并通入溶液图2乙中，结果没有沉淀产生，可能的原因是盐酸挥发，制取的二氧化碳中含有盐酸；为了能产生沉淀该同学对图甲装置进行了改进，改进的方法为在甲与乙之间加一盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶．
②若将二氧化碳气体通人澄清石灰水中，石灰  水变浑浊，混合体系中除存在电离平衡、水解平衡外，还存在溶解平衡，用方程式表示CaCO₃（s）?Ca²⁺（aq）+CO₃^2-（aq）．

Answer 1

分析 CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，而SiO₂和HCl不反应，不能溶解，此时溶液中除了Ca²⁺外，还含有Fe³⁺、Al³⁺杂质，需除去Fe³⁺、Al³⁺但不能损失Ca²⁺，加NaOH，Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓、Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，除去Fe³⁺、Al³⁺，加NaOH需将溶液的pH控制在9～10，否则氢氧化钙沉淀，过滤得沉淀氢氧化铝和氢氧化铁的混合物，然后向混合体系中加入过量的氢氧化钠，氢氧化铝溶解得到偏铝酸盐，向滤液中通入过量的二氧化碳气体得氢氧化铝沉淀，然后灼烧得到氧化铝；
（1）榴石矿可以看做CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成，榴石矿加盐酸溶解后，CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，而SiO₂和HCl不反应，不能溶解；
（2）当NaOH过量时，溶液碱性增强，Al（OH）₃会溶解，从氢氧化物沉淀的pH表中可看出，Ca（OH）₂在pH为12时开始沉淀，所以碱性增强Ca（OH）₂会沉淀；
（3）①浓盐酸易挥发出氯化氢气体溶于水得到稀盐酸，可以和难溶于水的碳酸钙反应生成易溶于水的氯化钙；在实验装置甲和装置乙之间增加除去CO₂中含有HCl气体的装置，根据NaHCO₃溶液能与HCl气体反应，而不与二氧化碳反应分析；
②根据沉淀溶解平衡的书写方法写出，注意固体稀溶液的标注方法．

解答 解：（1）榴石矿加盐酸溶解，CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，反应方程式分别为：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不与盐酸反应，以沉淀的形式除去，故答案为：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）由（1）知，此时溶液中除了Ca²⁺外，还含有Fe³⁺、Al³⁺杂质，需除去Fe³⁺、Al³⁺但不能损失Ca²⁺，加NaOH，Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓、Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，除去Fe³⁺、Al³⁺，加NaOH需将溶液的pH控制在9～10，若pH过高，会导致生成的Al（OH）₃发生反应Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O溶解，Ca（OH）₂在pH为12时开始沉淀，所以碱性增强Ca（OH）₂会沉淀，同时Ca²⁺也因转化为沉淀而损失，
故答案为：Al（OH）₃；Ca（OH）₂；
（3）①实验室通常用稀盐酸与大理石（或石灰石）反应制取二氧化碳，反应的方程式：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑，因盐酸易挥发出，盐酸是强酸，通入装置乙中的二氧化碳中含有盐酸，溶于水得到稀盐酸可以和难溶于水的碳酸钙反应生成易溶于水的氯化钙，所以没有沉淀产生，在实验装置甲和装置乙之间增加除去CO₂中含有HCl气体的装置，NaHCO₃溶液能与盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，在除去氯化氢的同时增加了二氧化碳的量，
故答案为：盐酸挥发，制取的二氧化碳中含有盐酸；在甲与乙之间加一盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶；
②将二氧化碳气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊，得到碳酸钙沉淀，碳酸钙的溶解平衡为CaCO₃（s）?Ca²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），
故答案为：CaCO₃（s）?Ca²⁺（aq）+CO₃^2-（aq）．

点评 本题主要考查了元素化合物中金属铝、铁、非金属碳的性质，解题时不仅需熟知物质间的反应原理，还需灵活运用于实验的设计，题目难度中等．