Question

【题目】洗煤和选煤过程中排出的煤矸石（主要含Al2O3、SiO2及Fe2O3）会占用大片土地，造成环境污染。某课题组利用煤矸石制备聚合氯化铝流程如下：

已知：聚合氯化铝（[Al2(OH)nCl6-n]m（1≤n≤5，m≤10），商业代号PAC）是一种新型、高效絮凝剂和净水剂。

（1）酸浸的目的是___________________________；实验需要的500mL3.0 mol·L-1的盐酸，配制时所需要的玻璃仪器除量筒、烧杯、玻璃棒外还有______________________。

（2）若m=n=2，则生成PAC的化学方程式是_____________________。

（3）从含PAC的稀溶液中获得PAC固体的实验操作方法是_______、_________、_________。

（4）为了分析残渣2中铁元素的含量，某同学称取5.000g残渣2，先将其预处理使铁元素还原为Fe2+，并在容量瓶中配制成100mL溶液；然后移取25.00mL试样溶液，用1.000×10-2mol·L-1KMnO4标准溶液滴定，消耗标准溶液20.00mL。已知反应式为Fe2++MnO4－+H+—Fe3++Mn2++H2O（未配平）。判断滴定终点的依据是_______________________；残渣2中铁元素的质量分数为________________。

Answer 1

【答案】将煤矸石中的Al2O3及Fe2O3溶解，与SiO2分离 500mL容量瓶、胶头滴管 4AlCl3+2Ca(OH)2[Al2(OH)2Cl4]2+2CaCl2（或4AlCl3+4H2O[Al2(OH)2Cl4]2+4HCl） 蒸发浓缩 冷却结晶 过滤 滴入最后一滴高锰酸钾溶液时，溶液出现浅紫色且在半分钟内不褪色 4.480%

【解析】

（1）酸浸的目的是除去SiO2；根据配制一定物质的量浓度的溶液的步骤确定需要的仪器。

（2）反应物是AlCl3和Ca(OH)2，若m=n=2，根据质量守恒配平即可。

（3）从溶液中获得固体的操作方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。

（4）KMnO4溶液是紫色，不用其他的指示剂，根据KMnO4溶液的颜色变化即可判断滴定终点。根据电子守恒计算铁元素的含量。

（1）因为煤矸石（主要含Al2O3、SiO2及Fe2O3），所以酸浸的目的是溶解氧化铁和氧化铝，与二氧化硅分离；实验需要 的500mL3.0 mol·L-1的盐酸，配制时所需要的玻璃仪器除量筒、烧杯、玻璃棒外还有500mL的容量瓶，盛放溶液，定容时需胶头滴管；

（2）根据流程图可知，加入氢氧化钙后将铁离子除去，剩余溶液为氯化铝溶液，氯化铝与氢氧化钙加热反应生成PAC和氯化钙，化学方程式是4AlCl3+2Ca(OH)2[Al2(OH)2Cl4]2+2CaCl2（或4AlCl3+4H2O[Al2(OH)2Cl4]2+4HCl）；

（3）从溶液中得到溶质的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，所以从含PAC的稀溶液中获得PAC固体的实验操作方法蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；

（4）因为亚铁离子的溶液为浅黄绿色，高锰酸钾为紫色，达到滴定终点时，滴加一滴高锰酸钾溶液则溶液为浅紫色，且半分钟内不褪色；根据得失电子守恒，则亚铁离子的系数是高锰酸根离子的5倍，所以25.00mL溶液中Fe元素的质量是1.000×10-2mol·L-1×20×10-3L×5×56g/mol=0.056g，则100mL溶液中Fe元素的质量是0.056g×4=0.224g，所以残渣2中铁元素的质量分数为×100%=4.48%。