Question

2．用含有A1₂O₃、SiO₂和少量FeO•xFe₂O₃的铝灰制备Al₂（SO₄）₃•18H₂O．工艺流程如下：

已知：①一定条件下，MnO₄ ^-可与Mn²⁺反应生成MnO₂
②部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表：

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3
开始沉淀时	3.8	6.3	2.7
完全沉淀时	5.2	9.7	3.7

③常温下，Fe（OH）₃：Ksp=1.1×10^-36，Fe（OH）₂：Ksp=1.64×10^-14，Al（OH）₃：Ksp=1.3×10^-33
（1）H₂SO₄溶解A1₂O₃的离子方程式是Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O
（2）检验滤液中存在Fe³⁺的方法是取少量滤液于试管，滴加KSCN溶液，溶液变为红色，则滤液中有Fe³⁺（注明试剂、现象）．
（3）“除杂”环节有如下几个步骤：
（Ⅰ）向滤液中加入过量KMnO₄溶液，调节溶液的pH为3.7；
（Ⅱ）加热，产生大量红褐色沉淀，静置，上层溶液呈紫红色；
（Ⅲ）加入MnSO₄至紫红色消失，过滤．
①步骤Ⅰ的目的：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；调节溶液的pH为3.7的目的是调节pH值使铁元素沉淀完全，此时溶液中c（Fe³⁺）为1.1×10^-5.1mol•L^-1
②向Ⅱ的沉淀中加入浓HCl并加热，能说明沉淀中存在MnO₂的现象是生成有黄绿色气体，写出其反应方程式MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
③Ⅲ中加入MnSO₄的目的是除去过量的MnO₄^-．
（4）从多次循环使用后母液中可回收的主要物质是K₂SO₄（填化学式）

Answer 1

分析 铝灰（含Al₂O₃及少量SiO₂和FeO•xFe₂O₃），加入过量稀硫酸酸溶过滤，滤液为硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁，滤渣为二氧化硅和不溶性杂质，滤液中加入稍过量的高锰酸钾溶液氧化亚铁离子为铁离子，调节溶液PH使铁离子全部沉淀，铝离子不沉淀，加入适量硫酸锰除去过量的高锰酸钾过滤得到二氧化锰固体和氢氧化铁沉淀，滤液主要是硫酸铝溶液，蒸发浓缩，冷却结晶过滤洗涤得到硫酸铝晶体．
（1）氧化铝是两性氧化物溶于强酸强碱，与硫酸反应生成硫酸铝和水；
（2）三价铁离子遇到硫氰酸根离子会呈现红色，据此检验铁离子；
（3）一定条件下，MnO₄^-可与Mn²⁺反应生成MnO₂
①依据金属阳离子沉淀开始和完全沉淀需要的溶液PH分析，亚铁离子被氧化为铁离子，调节溶液PH使铁离子全部沉淀；根据氢氧化铁的溶度积及pH=3.7计算出溶液中铁离子浓度；
②浓盐酸和二氧化锰再加热条件下生成黄绿色气体氯气；
③加入MnSO₄至紫红色消失，目的是除去过量高锰酸根离子；
（4）由元素守恒可知，母液中存在较多的K⁺、SO₄^2-．

解答 解：向铝灰中加入过量稀H₂SO₄，A1₂O₃和少量FeO•xFe₂O₃和硫酸反应生成硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁，SiO₂不反应，过滤除去二氧化硅；向滤液中加入过量KMnO₄溶液，高锰酸钾把亚铁离子氧化成铁离子，调节溶液的pH约为3.7生成氢氧化铁沉淀，除去铁离子，过滤，滤液中含铝离子和过量的高锰酸根离子，加入硫酸锰把过量高锰酸根离子除去，再过滤，对滤液蒸发浓缩、结晶分离出硫酸铝晶体．
（1）硫酸溶解氧化铝生成硫酸铝和水，反应的离子方程式为：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，故答案为：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（2）三价铁离子遇到硫氰酸根离子会呈现红色，Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃溶液，取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，溶液变红色，说明滤液中含Fe³⁺，反之，溶液不变红色，说明滤液中不含Fe³⁺，
故答案为：取少量滤液于试管，滴加KSCN溶液，溶液变为红色，则滤液中有Fe³⁺；
（3）①向滤液中加入过量KMnO₄溶液，目的是氧化亚铁离子为三价铁离子，依据图表数据分析可知，铁离子开始沉淀和沉淀完全的溶液PH为2.7～3.7，铝离子和亚铁离子开始沉淀的溶液PH大于3.7，所以调节溶液的pH约为3.7，可以使铁离子全部沉淀，铝离子不沉淀分离；氢氧化铁的溶度积Ksp[Fe（ OH）₃]=1.1×10^-36，pH=3.7的溶液中，氢氧根离子的浓度为$\frac{1×1{0}^{-14}}{1×1{0}^{-3.7}}$=1×10^-10.3mol/L，则c（Fe³⁺）=$\frac{1.1×1{0}^{-36}}{（1×1{0}^{-10.3}）^{3}}$mol/L=1.1×10^-5.1mol/L，
故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；调节pH值使铁元素沉淀完全；1.1×10^-5.1mol•L^-1；
②向Ⅱ的沉淀中加入浓HCl并加热，二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，生成氯化锰、氯气和水，生成的氯气是黄绿色气体，能说明沉淀中存在MnO₂的现象是生成黄绿色气体，
故答案为：生成有黄绿色气体；MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
③MnO₄^-可与Mn²⁺反应生成MnO₂，过滤除去，所以可以利用MnSO₄的溶液和高锰酸钾溶液反应生成二氧化锰，把过量高锰酸根离子除去，
故答案为：除去过量的MnO₄^-；
（4）反应后，溶液中存在较多的K⁺、SO₄^2-便留在母液中，可回收的主要物质为K₂SO₄，故答案为：K₂SO₄．

点评 本题考查了物质的制备流程分析，涉及铝、铁及其化合物性质的应用，主要是混合物分离的方法和实验设计，加入氧化剂氧化亚铁离子，调节溶液PH是沉淀分离是解题的关键，题目难度中等．