Question

【題目】粉煤灰是燃煤產生的工業固體廢料，主要成分有Al2O3、SiO2 ，還含有少量Fe2O3、CaO等。采用酸堿聯合的方法從粉煤灰中綜合回收氧化鋁及二氧化硅的工藝流程如下：

硫酸熟化過程中發生的反應有：

Al2O32SiO2 +3H2SO4=Al(SO4)3 +2SiO2 +3H2O

3Al2O32SiO2 +9H2SO4=3Al2( SO4)3 + 2SiO2 +9H2O

(1)“結晶”操作：緩緩加熱，濃縮至______ ，放置冷卻，得到Al2(SO4)318H2O。

(2)Al2(SO4)318H2O在250 ~300℃下失重40.5%得Al2(SO4)xH2O，x=______。

(3)“還原焙燒”過程中發生反應的化學方程式為_________。

(4)設計實驗檢驗粗氧化鋁中是否含有Fe2O3： __________。

(5)向硅酸鈉溶液中通入過量CO2制備白炭黑的化學方程式為___________。

(6)粗氧化鋁制備冶金級氧化鋁過程中發生反應[ Al(OH)4]- +CO2 =Al(OH)3↓+ HCO3- ，該反應的平衡常數為_______[已知 Al(OH)3+H2O [ Al(OH)4]-+H+ K1 =4×10-13 ；H2CO3H2O +CO2 K2 =600； Kal(H2CO3) =4.2×10-7、Ka2(H2CO3) =5.6×10-11]。

Answer 1

【答案】表面出現結晶薄膜 3 2Al2(SO4)3+3C2Al2O3+3CO2↑+6SO2↑ 取粗氧化鋁少許于試管中加稀硫酸溶解，靜置，滴加KSCN溶液，若溶液變紅，則粗氧化鋁中含有Fe2O3雜質 Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O=2NaHCO3+SiO2nH2O↓ 1.75×103

【解析】

粉煤灰主要成分有Al2O3、SiO2 ，還含有少量Fe2O3、CaO等，加入濃硫酸反應生成硫酸鋁，水浸主要得到SiO2高硅渣，濾液經過結晶脫水得到硫酸鋁，硫酸鋁與焦炭反應生成粗氧化鋁，驗證粗氧化鋁是否含有氧化鐵，先將物質溶于稀硫酸后加KSCN溶液，觀察現象；向硅酸鈉溶液中通入足量二氧化碳反應生成碳酸氫鈉和白炭黑SiO2nH2O。

(1)“結晶”操作：緩緩加熱，濃縮至表面出現結晶薄膜，放置冷卻，得到Al2(SO4)318H2O；故答案為：表面出現結晶薄膜。

(2)假設100gAl2(SO4)318H2O在250 ~300℃下失重40.5%，剩余100g×(140.5%)=59.5g Al2(SO4)xH2O，，解得x=3；故答案為：3。

(3)根據“還原焙燒”產物之一經過煙氣制酸，硫酸鋁和碳“還原焙燒”生成氧化鋁、二氧化碳和二氧化硫，發生反應的化學方程式為2Al2(SO4)3+3C2Al2O3+3CO2↑+6SO2↑；故答案為：2Al2(SO4)3+3C2Al2O3+ 3CO2↑ + 6SO2↑。

(4)實驗檢驗粗氧化鋁中是否含有Fe2O3，將粗品溶于稀硫酸中，利用生成的鐵離子與KSCN溶液反應是否有紅色物質生成；故答案為：取粗氧化鋁少許于試管中加稀硫酸溶解，靜置，滴加KSCN溶液，若溶液變紅，則粗氧化鋁中含有Fe2O3雜質。

(5)向硅酸鈉溶液中通入過量CO2生成碳酸氫鈉和白炭黑SiO2nH2O，其化學方程式為Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O=2NaHCO3+SiO2nH2O↓；故答案為：Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O = 2NaHCO3+SiO2nH2O↓。

(6)①Al(OH)3+H2O[ Al(OH)4]－+H+，②H2CO3H2O +CO2，③H2CO3HCO3－+H+，根據蓋斯定律③①②得到[Al(OH)4] － +CO2 =Al(OH)3↓+ HCO3－，方程式相減，平衡常數相除，因此[Al(OH)4] － +CO2 =Al(OH)3↓+ HCO3－平衡常數為；故答案為：1.75×103。