Question

【题目】粉煤灰（主要含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等）是燃煤发电过程中产生的废渣，粉煤灰的综合利用具有很大的价值． Ⅰ．研究人员通过实验对粉煤灰中铝和铁元素的分离工艺进行了研究．
（1）以硫酸溶液分解粉煤灰，使其中的铝、铁元素溶出，过滤实现初步分离． ①写出硫酸溶液与Fe2O3反应的离子方程式 ．
②初步分离得到的滤渣主要成分是 ．
（2）向（1）分离所得的滤液中加入还原剂使Fe3+转化为Fe2+ ， 结合表分析其原因 ．

物质	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Al（OH）3
沉淀区间（pH）	7.06～8.95	1.94～3.20	3.69～4.8

（3）使用碱性较弱的氨水为pH调节剂，进行分离实验． ①氨水使滤液中铝离子沉淀的离子方程式为 ．
②反应终点的pH对铝和铁分离效果的影响如图1．根据实验结果，为达到好的分离效果，反应过程中控制pH的范围是 ， 选择该范围的理由是 ．
（4）Ⅱ．NH4HSO4和H2SO4按物质的量比1：1混合配制成浸取液，220℃时，可将高铝粉煤灰中Al2O3转化为硫酸铝铵[NH4Al（SO4）2]，然后分离、煅烧获得纯Al2O3 ． 已知硫酸铝铵：①溶解度：0℃时，S=5.2g；100℃时，S=421.9g．
②280℃时分解．
1）依据资料可知，将硫酸铝铵与其他溶质分离的方法是 ．
2）煅烧NH4Al（SO4）2同时得到混合气体（NH3、N2、SO2、SO3、H2O）．若16mol混合气体按图2装置被完全吸收制得浸取液，请将图2中试剂及其物质的量补充完整 ．

Answer 1

【答案】
（1）6H++Fe2O3=2Fe3++3H2O；SiO2
（2）Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀的pH相近，不易通过沉淀分离
（3）3NH3?H2O+Al3+=Al（OH）3+3NH4+；略小于5；铝元素沉淀较多，铁元素还没有开始大量的沉淀
（4）冷却、结晶；
【解析】解：Ⅰ（1）①硫酸溶液与Fe2O3反应的离子方程式为6H++Fe2O3=2Fe3++3H2O，所以答案是：6H++Fe2O3=2Fe3++3H2O；②SiO2不与硫酸反应，则初步分离得到的滤渣主要成分是SiO2 ， 所以答案是：SiO2；（2）向（1）分离所得的滤液中加入还原剂使Fe3+转化为Fe2+ ， 由表格数据可知，因Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀的pH相近，不易通过沉淀分离，所以答案是：Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀的pH相近，不易通过沉淀分离；（3）①氨水使滤液中铝离子沉淀的离子方程式为3NH3H2O+Al3+=Al（OH）3+3NH4+ ， 所以答案是：3NH3H2O+Al3+=Al（OH）3+3NH4+；②反应终点的pH对铝和铁分离效果的影响如图1．根据实验结果，为达到好的分离效果，反应过程中控制pH的范围是略小于5 （或在4.5～5之间均可），因铝元素沉淀较多，铁元素还没有开始大量的沉淀，所以答案是：略小于5；铝元素沉淀较多，铁元素还没有开始大量的沉淀；Ⅱ．（1）由信息可知，溶解度受温度影响大，则将硫酸铝铵与其他溶质分离的方法是冷却、结晶，所以答案是：冷却、结晶；2）加热时发生4NH4Al（SO4）2 2Al2O3+5SO3↑+3SO2↑+2NH3↑+N2↑+5H2O↑，由图可知氮气排出，试剂Y可氧化二氧化硫，试剂X吸收三氧化硫，则试剂Y为O2 ， 16mol混合气体含2mol氨气，氧化后由S原子守恒可得到8mol三氧化硫，NH4HSO4和H2SO4按物质的量比1：1混合配制成浸取液，由8SO3～4NH3 ， 则试剂X为含2mol溶质的氨水，所以答案是： ．