Question

14．以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细α-氧化铝，既降低环境污染又可提高铝资源的利用率．已知铝灰的主要成分为Al₂O₃（含少量杂质SiO₂、FeO、Fe₂O₃），其制备实验流程如图1：

（1）铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O．
（2）用图2中“滤渣”和NaOH焙烧制备硅酸钠，可采用的装置为B（填选项编号）．
（3）在实验流程中，加30%的H₂O₂溶液发生的离子反应方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）验证“沉铁”后，溶液中是否还含有铁离子的操作方法为静置，溶液澄清后，继续向上层清液中滴加K₄[Fe（CN）₆]溶液，若无现象，则溶液中不含有铁元素，反之，则有．
（5）若用调节pH溶液“沉铁”，则得到Fe（OH）₃，已知：25℃时，K_sp=4.0×10^-38，则该温度下反应Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常数为2.5×10^-5．
（6）煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为：4NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O $\frac{\underline{\;1240℃\;}}{\;}$ 2Al₂O₃+2NH₃↑+N₂↑+5SO₃↑+3SO₂↑+53H₂O，将产生的气体通过图3所示的装置．
①集气瓶中收集到的气体是N₂ （填化学式）．
②KMnO₄溶液褪色，发生的离子反应方程式为2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 铝灰的主要成分为Al₂O₃（含少量杂质SiO₂、FeO、Fe₂O₃）加稀硫酸，Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃转化为离子，SiO₂不溶于硫酸，过滤，滤液中含有Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，加双氧水，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，加入K₄[Fe（CN）₆]Fe³⁺转化为沉淀，过滤，在滤液中加入硫酸铵，生成NH₄Al（SO₄）₂，结晶、干燥、煅烧得到α-Al₂O₃；
（1）Al₂O₃与硫酸反应生成硫酸铝和水；
（2）蒸发皿不能用来加热固体，瓷坩埚含有二氧化硅和氢氧化钠反应；
（3）加30%的H₂O₂溶液Fe²⁺被氧化为Fe³⁺；
（4）三价铁离子遇到K₄[Fe（CN）₆]反应生成沉淀，据此设计实验检验是否含铁离子；
（5）依据平衡常数的概念结合反应写出计算式计算平衡浓度解答；
（6）①NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O分解生成的气体NH₃和SO₃被亚硫酸钠吸收，二氧化硫被高锰酸钾吸收；
②KMnO₄与二氧化硫反应生成硫酸根离子和锰离子．

解答 解：铝灰的主要成分为Al₂O₃（含少量杂质SiO₂、FeO、Fe₂O₃）加稀硫酸，Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃转化为离子，SiO₂不溶于硫酸，过滤，滤液中含有Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，加双氧水，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，加入K₄[Fe（CN）₆]Fe³⁺转化为沉淀，过滤，在滤液中加入硫酸铵，生成NH₄Al（SO₄）₂，结晶、干燥、煅烧得到α-Al₂O₃；
（1）Al₂O₃与硫酸反应生成硫酸铝和水，其反应的方程式为：Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O；
故答案为：Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）A．蒸发皿不能用来加热固体，故A不符合；
B．铁坩埚可以熔融二氧化硅和氢氧化钠，故B符合；
C．玻璃中含二氧化硅和氢氧化钠反应，故C不符合；
D．瓷坩埚含有二氧化硅和氢氧化钠反应，故D不符合；
故答案为：B；
（3）滤液中含有Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，加30%的H₂O₂溶液Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，其反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）铁离子和铁氰化钾反应产生沉淀，其检验方法是：静置，溶液澄清后，继续向上层清液中滴加K₄[Fe（CN）₆]溶液，若无现象，则溶液中不含有铁元素，反之，则有，
故答案为：静置，溶液澄清后，继续向上层清液中滴加K₄[Fe（CN）₆]溶液，若无现象，则溶液中不含有铁元素，反之，则有；
（5）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{c（O{H}^{-}）}$，反应Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常数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，故答案为：2.5×10^-5；
（6）①NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O分解生成的气体NH₃和SO₃被亚硫酸钠吸收，二氧化硫被高锰酸钾吸收，所以最后集气瓶中收集到的气体是N₂；
故答案为：N₂；
②酸性条件下，KMnO₄与二氧化硫反应生成硫酸根离子和锰离子，其反应的离子方程式为：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
故答案为：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．

点评 本题以氧化铝提取工艺流程为载体，考查元素化合物性质及相互转化、氧化还原、离子方程式、实验基本操作等知识点，注意把握制备原理，把握物质的性质以及相关反应方程式的书写，题目难度中等．