Question

（14分）

明矾[KAl(SO₄)₂·12H₂O] 在生产、生活中有广泛用途：饮用水的净化；造纸工业上作施胶剂；食品工业的发酵剂等。利用炼铝厂的废料——铝灰（含Al 、 Al₂O₃及少量SiO₂和FeO ·xFe₂O₃）可制备明矾。工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）明矾净水的原理是（用离子方程表示）                 
（2）操作Ⅰ是        ，操作Ⅱ是蒸发浓缩、         、过滤、          干燥。
（3）检验滤液A中是否存在Fe²⁺的方法是                     （只用一种试剂）
（4）在滤液A中加入高锰酸钾的目的是            ，发生反应的离子方程式为（该条件下Fe²⁺转化为Fe³⁺，MnO₄^- 转化为Mn²⁺）                          。
已知：生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示

	Al(OH)3	Fe(OH)2	Fe(OH)3
开始沉淀时	3.4	6.3	1.5
完全沉淀时	4.7	8.3	2.8

注：金属离子的起始浓度为0.1 mol·L^-1
根据表中数据解释调pH=3的目的                                               。
（5）己知:在pH=3、加热条件下，MnO₄^- 可与Mn²⁺反应生成MnO₂。加入MnSO₄发生反应的离子方程式为：                                    。滤渣2含有的物质是                                。
（6）以Al和NiO(OH)为电极，KOH溶液为电解液可组成新型、高效电池，充放电过程中，发生Ni(OH)₂与NiO(OH)之间的转化，写出放电时电池反应的化学方程式            。

Answer 1

（1） Al³⁺ +3H₂O   Al(OH)₃ +3H⁺；（2）过滤 冷却结晶  洗涤
（3）取适量滤液A于试管中，滴加铁氰化钾溶液，产生蓝色沉淀，证明Fe²⁺存在。
（4）使Fe²⁺转化为Fe³⁺；5Fe²⁺ +MnO₄^- +8H⁺ ==5Fe³⁺ +Mn²⁺ +4H₂O；使Fe³⁺转化成Fe(OH)₃沉淀
（5）3Mn²⁺ +2MnO₄^- +2H₂O=5MnO₂ +4H⁺;  MnO₂    Fe(OH)₃
（6） Al+3NiO(OH)+KOH +H₂O=KAlO₂+3Ni(OH)₂

试题分析：（1）明矾是强酸弱碱盐，弱酸根离子Al³⁺水解产生氢氧化铝胶体，能够吸附水中悬浮的物质形成沉淀而除去，从而达到达到净水的目的。其反应原理用方程式表示是Al³⁺ +3H₂O Al(OH)₃ +3H⁺；（2）操作Ⅰ是将难溶性固体与溶液分离的操作，叫过滤。操作Ⅱ是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥就得到明矾。（3）检验滤液A中是否存在Fe²⁺的方法是取适量滤液A于试管中，滴加铁氰化钾溶液，产生蓝色沉淀，证明Fe²⁺存在。或加入KSCN溶液，无明显变化，在滴加几滴H₂O₂溶液，溶液变为血红色，就证明含有Fe²⁺存在。（4）在滤液A中加入高锰酸钾的目的是使Fe²⁺转化为Fe³⁺；发生反应的离子方程式为5Fe²⁺ +MnO₄^- +8H⁺ ==5Fe³⁺ +Mn²⁺ +4H₂O；;根据表中数据可知当溶液的pH=3时Fe³⁺可以形成沉淀Fe(OH)₃。（5）根据题意可得方程式3Mn²⁺ +2MnO₄^- +2H₂O=5MnO₂ +4H⁺; 由于溶液的pH=3,所以滤渣的成分含有MnO₂和 Fe(OH)₃。（6）根据题意结合反应条件可知：在放电时，电池反应的化学方程式Al+3NiO(OH)+ KOH +H₂O=KAlO₂+3Ni(OH)₂。