Question

某地煤矸石經預處理后含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物等，一種綜合利用工藝設計如下：

（1）“酸浸”過程中主要反應的離子方程式為_____________、_________________。
（2）“酸浸”時鋁浸出率的影響因素可能有_____________、___________。（寫出兩個）
（3）物質X的化學式為___________。“堿溶”時反應的離子方程式為____________。
（4）已知Fe³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為2.1和3.2，Al³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.1和5.4。為了獲得產品Al（OH） ₃，從煤矸石的鹽酸浸取液開始，若只用CaCO₃一種試劑，后續操作過程是____________________。
（5）以煤矸石為原料還可以開發其他產品，例如在煤矸石的鹽酸浸取液除鐵后，常溫下向AlCl₃溶液中不斷通入HCl氣體，可析出大量AlCl₃·6H₂O晶體，結合化學平衡移動原理解釋析出晶體的原因：_______________________。

Answer 1

（1）Al₂O₃+6H⁺==2Al³⁺+3H₂O ； Fe₂O₃+6H⁺==2Fe³⁺+3H₂O   （4分，每個2分）
（2）鹽酸的濃度、反應溫度、煤矸石顆粒大小、是否充分攪拌、反應時間（任寫兩個）（4分，每個2分）
（3）CO₂； Al（OH）₃ +OH^—=AlO₂^—+2H₂O    （4分，每個2分）
（4）加入CaCO₃調節pH到3.2，過濾除去Fe（OH） ₃后，再加入CaCO₃調節pH到5.4，過濾得到Al（OH） ₃    （2分）
（5）AlCl₃飽和溶液中存在溶解平衡：AlCl₃·6H₂O（s）Al³⁺（aq） +3Cl^—（aq） +6H₂O（l），通入HCl氣體使溶液中c（Cl^—）增大，平衡向析出固體的方向移動從而析出AlCl₃晶體。   （2分）

試題分析：（1）根據煤矸石經預處理后含成分可知，能與HCl主要反應的為Al₂O₃、Fe₂O₃，其反應的離子
方程式為Al₂O₃+6H⁺==2Al³⁺+3H₂O、 Fe₂O₃+6H⁺==2Fe³⁺+3H₂O ；
（2）影響酸浸因素有鹽酸的濃度、反應溫度、表面積（煤矸石顆粒大小）、是否充分攪拌、反應時間等；
（3）酸浸后的溶液呈酸性，一方面是剩
余的HCl，另一方面是Al³⁺+3H₂OAl（OH）₃+3H⁺、Fe³⁺+3H₂OFe（OH）₃+3H⁺的水解呈酸性，加入CaCO₃后與其H⁺反應生成CO₂；因Al（OH）₃是兩性氫氧化物，既能溶液酸，又能溶于強堿，向沉淀中
加如堿時，反應的離子方程式為Al（OH）₃ +OH^—=AlO₂^—+2H₂O；
（4）根據Fe³⁺、Al³⁺沉淀的pH可知，使Fe³⁺沉淀時，Al³⁺離子不能沉淀，故應將pH調至到3.2，為了獲得產品Al（OH） ₃，則需要Al³⁺離子完全沉淀，故將pH調至到5.4，在第二步調節pH之前，應用過濾的方法將Fe（OH） ₃除去；（5）AlCl₃飽和溶液中存在溶解平衡，通入HCl氣體溶于水電離出Cl^—，使溶液中c（Cl^—）增大，平衡向析出固體的方向移動從而析出AlCl₃晶體。