Question

【題目】以冶煉金屬鋁的廢棄物鋁灰為原料制取超細α－氧化鋁，既能降低環境污染又可提高鋁資源的利用率。已知鋁灰的主要成分為A12O3（含少量雜質SiO2、FeO、Fe2O3），其制備流程如下：

（1）用上圖中“濾渣”和NaOH焙燒制備硅酸鈉，可采用的裝置為_____（填選項編號）。

（2）流程中加入H2O2有氣體產生，原因是___________________________________。

（3）通過調節溶液的pH來“沉鐵”，得到Fe（OH）3．已知：

	Fe3+	Fe2+	Al3+
開始沉淀時的pH	2.2	7.5	3.7
完全沉淀時的pH	3.2	9.0	4.7

為保證產品的純度，可以選用下列物質中的_______調節溶液pH（填字母），調節pH的范圍為______________。

a．Al2O3 b．NaOH c．Al（OH）3 d．Na2CO3

（4）煅燒硫酸鋁銨晶體，發生的主要反應為：4[NH4Al（SO4）212H2O]2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O，將產生的氣體通過下圖所示的裝置：

①集氣瓶中收集到的氣體是____________（填化學式）。

②裝有KMnO4溶液洗氣瓶的作用是____________________________。

③選用一種常用化學試劑和稀硝酸檢驗硫酸鋁銨，該試劑_________。寫出硫酸鋁銨加入足量該試劑的離子方程式__________________________________________________。

④20℃時，0.1mol·L－1硫酸鋁銨，其溶液pH=3,則溶液中，2c(SO42－)－c(NH4+)－3c(Al3+)=____________mol·L－1（填具體數字計算式，不必化簡）

Answer 1

【答案】B Fe3+對H2O2的分解有催化作用 ac 3.2≤pH<3.7 N2 吸收SO2 Ba（OH）2 NH4++Al3++2SO42－+2Ba2++5OH－=AlO2－+2BaSO4↓+NH3+3H2O 10－3－10－11

【解析】

（1）鋁灰中A12O3、FeO、Fe2O3均被稀硫酸溶解，所以剩余的“濾渣”的主要成分是SiO2；二氧化硅與氫氧化鈉焙燒制備硅酸鈉；蒸發皿不能用來加熱固體；鐵與二氧化硅、氫氧化鈉均不反應，可以用鐵坩堝進行加熱；玻璃中含二氧化硅和氫氧化鈉反應；瓷坩堝含有二氧化硅和氫氧化鈉反應；

（2）雙氧水在氧化亞鐵離子時，溶液中的Fe3+對H2O2的分解有催化作用，所以流程中加入H2O2有氣體產生；

（3）本流程最終制備氧化鋁，因此，要加入含有鋁元素，能夠與酸反應，但不溶于水的化合物來調節溶液的pH，氧化鋁、氫氧化鋁都不溶于水，都能和酸反應，溶解后又不產生新雜質，滿足流程要求；而氫氧化鈉、碳酸鈉不僅和鐵離子反應，也能和鋁離子反應，無法達到只沉鐵的目的；

為了使鐵離子變為沉淀，而鋁離子不沉淀，根據表中數據可知，調節溶液的pH的范圍為3.2≤pH<3.7；

（4）將產生的混合氣體通入裝置中，水分溶在NaHSO3溶液中，SO3溶于水生成H2SO4，H2SO4與NaHSO3反應生成SO2；同時NaHSO3溶液能與氨水反應，所以混合氣體中被吸收了SO3和NH3；KMnO4具有強氧化性，能將SO2氧化，最終用排水法收集N2。

①NH4Al（SO4）212H2O分解生成的氣體NH3和SO3被亞硫酸鈉吸收，二氧化硫被高錳酸鉀吸收，所以最后集氣瓶中收集到的氣體是N2；

②KMnO4具有強氧化性，能將SO2氧化吸收；因此裝有KMnO4溶液洗氣瓶的作用是吸收SO2；

③NH4Al（SO4）212H2O晶體中含有銨根離子、鋁離子和硫酸根離子，加入濃Ba(OH)2溶液就可以檢驗出三種離子；硫酸鋁銨加入足量Ba(OH)2溶液反應生成硫酸鋇、偏鋁酸鋇、一水合氨，據此寫出離子方程式；

④20℃ 時，0.1mol·L－1硫酸鋁銨，其溶液pH=3，根據電荷守恒分析離子濃度的關系。

（1）能夠焙燒固體的裝置是坩堝，NaOH能和二氧化硅反應生成硅酸鈉，所以不能采用瓷坩堝灼燒，所以應該采用鐵坩堝，故選B，

故答案為：B；

（2）在實驗流程中，H2O2具有氧化性，能氧化亞鐵離子生成鐵離子，離子方程式為2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，而Fe3+對H2O2的分解有催化作用。

故答案為：Fe3+對H2O2的分解有催化作用；

（3）為保證產品-氧化鋁的純度，可以選用a．A12O3 c．Al(OH)3調節溶液pH。Fe3+開始沉淀的pH=2.2，沉淀完全的pH=3.2要使Fe3+完全沉淀調節pH的范圍為3.2≤pH＜3.7。

故答案為：a c； 3.2≤pH＜3.7；

（4）①依據方程式：4[NH4Al（SO4）212H2O]2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O，煅燒硫酸鋁銨晶體，生成的氣體有NH3、N2、SO3、SO2、H2O，混合氣體中氨氣、三氧化硫易溶于水，能夠被飽和NaHSO3溶液吸收，二氧化硫具有還原性能夠被酸性高錳酸鉀溶液吸收，氮氣不溶于水，不能被吸收，剩余N2，所以集氣瓶中收集到的氣體是N2；

故答案為：N2；

②二氧化硫能夠與酸性高錳酸鉀發生氧化還原反應，所以裝有KMnO4溶液洗氣瓶的作用是吸收SO2；

故答案為：吸收SO2；

③NH4Al（SO4）212H2O晶體中含有銨根離子、鋁離子和硫酸根離子，加入濃Ba(OH)2溶液就可以檢驗出三種離子：向硫酸鋁銨溶液中逐滴濃氫氧化鋇溶液直至過量，先產生白色沉淀，并聞到有刺激性氣味；因為硫酸鋇不溶于強堿，而氫氧化鋁溶于過量的強堿；所以當堿過量后，白色沉淀部分溶解；

硫酸鋁銨加入足量Ba(OH)2溶液反應生成硫酸鋇、偏鋁酸鋇、一水合氨；離子方程式NH4++Al3++2SO42－+2Ba2++5OH－=AlO2－+2BaSO4↓+NH3+3H2O；

故答案為：Ba(OH)2；NH4++Al3++2SO42－+2Ba2++5OH－=AlO2－+2BaSO4↓+NH3+3H2O；

④20℃ 時，0.1mol·L－1硫酸鋁銨，其溶液pH=3，根據電荷守恒，有2c(SO42-)-c(NH4+)-3c(Al3+)=c(H+)-c(OH-)= c(H+)-=(10-3-10-11)molL-1，

故答案為：10-3-10-11。