Question

【題目】工業上以鋁土礦（主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3雜質）為原料制取銨明礬晶體[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工藝流程如圖所示：

請回答下列問題：

(1)試劑I為___；試劑Ⅱ為___；濾渣a的化學式為___。

(2)證明鐵元素已全部轉化為濾渣b的實驗方法是___。

(3)濾液Ⅱ中通入足量CO2進行酸化，從而得到固體c，若用鹽酸進行酸化是否可以？___，請說明理由：___。

(4)由固體d制取銨明礬溶液的化學方程式為___，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實驗操作依次為（填操作名稱）蒸發濃縮、冷卻結晶、___。

(5)NH4Al(SO4)2溶液呈___（“酸性”、“堿性”或“中性”），原因是___（用離子方程式表示）。

(6)若NH4Al(SO4)2溶液、NH4HCO3溶液和NH4Cl溶液中的NH4+的物質的量濃度相等，則三種銨鹽溶液的濃度從小到大的順序為___。

Answer 1

【答案】鹽酸（或稀硫酸等） NaOH溶液（或KOH溶液等） SiO2 取少量濾液Ⅱ于小試管中，向小試管中滴加KSCN溶液，若溶液不變紅，說明Fe3+已全部轉化為紅褐色濾渣b 不可以 通入足量CO2進行酸化的目的是使濾液Ⅱ中的AlO2-轉化為Al(OH)3，而Al(OH)3能溶于鹽酸，不易控制加入鹽酸的量，故不能用鹽酸進行酸化 Al2O3＋4H2SO4＋2NH3=2NH4Al(SO4)2＋3H2O 過濾洗滌干燥 酸性 NH4+＋H2ONH3·H2O＋H+，Al3+＋3H2OAl(OH)3＋3H+ c[NH4Al(SO4)2]＜c(NH4Cl)＜c(NH4HCO3)

【解析】

根據鋁土礦的成分，Al2O3為兩性氧化物，Fe2O3屬于堿性氧化物，SiO2屬于酸性氧化物，SiO2不與鹽酸或稀硫酸等酸反應，結合圖中轉化關系可知，紅褐色濾渣b為Fe(OH)3，則試劑Ⅱ為NaOH溶液或KOH溶液等強堿溶液均可；進而推知濾渣a和試劑I。據此解答。

(1)由圖中轉化關系可知，紅褐色濾渣b為Fe(OH)3，則試劑Ⅱ為NaOH溶液或KOH溶液等強堿溶液均可；進而推知濾渣a為SiO2，試劑I為鹽酸或稀硫酸。答案為：鹽酸（或稀硫酸等）；NaOH溶液（或KOH溶液等）；SiO2；

(2)可通過檢驗濾液Ⅱ中是否還含有Fe3+，來證明Fe3+是否已全部轉化為Fe(OH)3，具體方法為：取少量濾液Ⅱ于小試管中，向小試管中滴加KSCN溶液，若溶液不變紅，說明Fe3+已全部轉化為紅褐色濾渣b。答案為：取少量濾液Ⅱ于小試管中，向小試管中滴加KSCN溶液，若溶液不變紅，說明Fe3+已全部轉化為紅褐色濾渣b；

(3)由上面的分析可知，濾液Ⅱ中含有AlO2-，通入足量CO2進行酸化，AlO2-可轉化為Al(OH)3，CO2＋AlO2-＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCO3-，若改用鹽酸進行酸化，反應過程中生成的Al(OH)3會溶于鹽酸，不易控制加入鹽酸的量，故不能用鹽酸進行酸化。答案為：不可以；通入足量CO2進行酸化的目的是使濾液Ⅱ中的AlO2- 轉化為Al(OH)3，而Al(OH)3能溶于鹽酸，不易控制加入鹽酸的量，故不能用鹽酸進行酸化；

(4)根據流程圖，固體c為Al(OH)3，固體d為Al2O3，固體d與稀硫酸、氨氣反應生成銨明礬，化學反應方程式為：Al2O3＋4H2SO4＋2NH3=2NH4Al(SO4)2＋3H2O。從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的操作依次為蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥。答案為：Al2O3＋4H2SO4＋2NH3=2NH4Al(SO4)2＋3H2O；過濾、洗滌、干燥；

(5)NH4Al(SO4)2溶液呈酸性，因為NH4+和Al3+均能水解使溶液呈酸性，NH4+＋H2ONH3·H2O＋H+，Al3+＋3H2OAl(OH)3＋3H+。答案為：酸性；NH4+＋H2ONH3·H2O＋H+，Al3+＋3H2OAl(OH)3＋3H+；

(6)NH4Al(SO4)2溶液中，Al3+水解產生的H+對NH4+的水解起抑制作用，使NH4+的水解程度減弱，溶液中NH4+的量較多，而NH4HCO3中，HCO3-的水解產生的OH-對NH4+的水解起促進作用，使NH4+的水解程度增大，溶液中NH4+的量較少，因此，若溶液中的NH4+的物質的量濃度相等，三種銨鹽溶液的濃度從小到大的順序為：c[NH4Al(SO4)2]＜c(NH4Cl)＜c(NH4HCO3)。答案為：c[NH4Al(SO4)2]＜c(NH4Cl)＜c(NH4HCO3)。