Question

硫酸工业中废渣称为硫酸渣，其成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO．某探究性学习小组的同学设计以下方案，进行硫酸渣中金属元素的提取实验．

已知溶液pH=3.7时，Fe³⁺已经沉淀完全；一水合氨电离常数K_b=1.8×10^-5，其饱和溶液中c（OH^-）约为1×10^-3mol?L^-1．请回答：
（1）写出A与氢氧化钠溶液反应的化学方程式：

SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O

．
（2）上述流程中两次使用试剂①，推测试剂①应该是

A

（填以下字母编号）
A．氢氧化钠　　　　　　 B．氧化铝　　　　　　 　　 C．氨水　　　　　　 　D．水
（3）溶液D到固体E过程中需要控制溶液pH=13，如果pH过小，可能导致的后果是

镁离子沉淀不完全或氢氧化铝溶解不完全等

；（任写一点）
（4）固体E为

Mg（OH）₂

，写出溶液F通入过量CO₂生成固体G和溶液H的化学方程式：

NaAlO₂+CO₂+H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃

．
（5）计算溶液F中c（Mg²⁺）=

5.6×10^-10mol/L

（25℃时，氢氧化镁的Ksp=5.6×10^-12）

Answer 1

分析：先判断各物质的组成，在根据题目要求分析该题．
硫酸渣的成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，当向硫酸渣中加过量盐酸时，二氧化硅和盐酸不反应，所以固体A是二氧化硅，氧化铁、氧化铝、氧化镁和盐酸反应，所以溶液B的溶质是氯化镁、氯化铁、氯化铝、盐酸；向溶液B中加试剂①并调节溶液的PH值为3.7，结合题意溶液pH=3.7时Fe³⁺已经沉淀完全知，试剂①是能和氯化铁反应生成沉淀的物质且和铝离子反应没有沉淀生成，所以试剂①只能是强碱溶液，固体C是氢氧化铁；向溶液D中加入试剂①并调节溶液的PH值为13，溶液呈强碱性溶液，铝元素在溶液中以偏铝酸根离子存在，镁离子和氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀，所以固体E是氢氧化镁；溶液F的溶质含有偏铝酸钠和氯化钠，向F溶液中通入过量二氧化碳气体，偏铝酸钠和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，所以G是氢氧化铝．
（1）根据二氧化硅和氢氧化钠的性质写出相应的化学反应方程式．
（2）能使铁离子产生沉淀，而铝离子不产生沉淀的物质只能是强碱．
（3）在强碱性条件下，铝元素以偏铝酸根离子存在，镁元素以氢氧化镁存在，据此分析．
（4）氢氧化铝的酸性比碳酸还弱，根据强酸制取弱酸知，偏铝酸钠和过量二氧化碳能反应生成氢氧化铝和碳酸氢钠．
（5）根据c（Mg²⁺）=

Ksp

C(OH-)2

计算．

解答：解：硫酸渣的成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，当向硫酸渣中加过量盐酸时，二氧化硅和盐酸不反应，所以固体A是二氧化硅，氧化铁、氧化铝、氧化镁和盐酸反应，所以溶液B的溶质是氯化镁、氯化铁、氯化铝、盐酸；向溶液B中加试剂①并调节溶液的PH值为3.7，结合题意溶液pH=3.7时Fe³⁺已经沉淀完全知，试剂①是能和氯化铁反应生成沉淀的物质且和铝离子反应没有沉淀生成，所以试剂①只能是强碱溶液，固体C是氢氧化铁；向溶液D中加入试剂①并调节溶液的PH值为13，溶液呈强碱性溶液，铝元素在溶液中以偏铝酸根离子存在，镁离子和氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀，所以固体E是氢氧化镁；溶液F的溶质含有偏铝酸钠和氯化钠，向F溶液中通入过量二氧化碳气体，偏铝酸钠和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，所以G是氢氧化铝．
（1）通过以上分析知，A是二氧化硅，二氧化硅是酸性氧化物，能和强碱反应生成盐和水，
所以反应方程式为：SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O．
故答案为：SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O．
（2）向溶液B中加试剂①并调节溶液的PH值为3.7，结合题意知，溶液pH=3.7时Fe³⁺已经沉淀完全知，试剂①是能和氯化铁反应生成沉淀的物质且和铝离子反应没有沉淀生成，所以试剂①只能是强碱溶液，符合条件的是A选项．
故选A．
（3）在强碱性条件下，铝元素以偏铝酸根离子存在，镁元素以氢氧化镁存在，当溶液的PH=13时，溶液呈强碱性，如果pH过小，可能导致的后果是镁离子沉淀不完全或氢氧化铝溶解不完全等．
故答案为：镁离子沉淀不完全或氢氧化铝溶解不完全等．
（4）通过以上分析知，固体E为Mg（OH）₂，氢氧化铝的酸性比碳酸还弱，根据强酸制取弱酸知，偏铝酸钠和过量二氧化碳能反应生成氢氧化铝和碳酸氢钠，反应方程式为 NaAlO₂+CO₂+H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃．
故答案为：Mg（OH）₂；NaAlO₂+CO₂+H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃．
（5）c（Mg²⁺）=

Ksp

C(OH-)2

=

5.6×10-12

(0.1)2

mol/L=5.6×10^-10 mol/L
故答案为：5.6×10^-10 mol/L．

点评：本题考查了物质的分离、提纯的方法选择及应用，难度不大，明确各物质的性质是解本题的关键．