Question

【題目】粉煤灰（主要含有 SiO2、Fe2O3、Al2O3 等）是燃煤發電過程中產生的廢渣，粉煤灰的綜合利用具有 很大的價值。

Ⅰ．研究人員通過實驗對粉煤灰中鋁和鐵元素的分離工藝進行了研究。

（1）以硫酸溶液分解粉煤灰，使其中的鋁、鐵元素溶出，過濾實現初步分離。

①寫出硫酸溶液與 Fe2O3 反應的離子方程式_____。

②初步分離得到的濾渣主要成分是_____。

（2）向（1）分離所得的濾液中加入還原劑使 Fe3+轉化為 Fe2+，結合下表分析其原因____。

物質	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Al(OH)3
沉淀區間（pH）	7.06~8.95	1.94~3.20	3.69~4.8

（3）使用堿性較弱的氨水為pH調節劑，進行分離實驗。

①氨水使濾液中鋁離子沉淀的離子方程式為_____。

②反應終點的pH對鋁和鐵分離效果的影響如下圖。根據實驗結果，為達到好的分離效果，反應過程中控制pH的 范圍是______________，選擇該范圍的理由是___________________。

Ⅱ．NH4HSO4和H2SO4按物質的量比1∶1混合配制成浸取液，220℃時，可將高鋁粉煤灰中Al2O3轉化為硫酸鋁銨 [NH4Al(SO4)2]，然后分離、煅燒獲得純Al2O3。 已知硫酸鋁銨：①溶解度：0℃時，S＝5.2g；100℃時，S＝421.9g。②280℃時分解。

（1）依據資料可知，將硫酸鋁銨與其他溶質分離的方法是_____。

（2）煅燒 NH4Al(SO4)2 同時得到混合氣體（NH3、N2、SO2、SO3、H2O）。若 16 mol 混合氣體按如下裝置被完全吸收制得浸取液，請將下圖中試劑（化學式）及其物質的量補充完整。____________，___________

4NH4Al（SO4）2 2Al2O3+5SO3↑+3SO2↑+2NH3↑+N2↑+5H2O↑

Answer 1

【答案】6H＋＋Fe2O32Fe3＋＋3H2OSiO2Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀的pH相近，不易通過沉淀分離3NH3·H2O＋Al3+Al(OH)3↓＋3NH4+略小于5鋁元素沉淀較多，鐵元素還沒有開始大量的沉淀冷卻、結晶試劑Y：O2試劑X及其物質的量：含2mol溶質的氨水

【解析】

Ⅰ.（1）①硫酸與氧化鐵反應生成硫酸鐵和水，離子方程式為：6H＋＋Fe2O32Fe3＋＋3H2O；綜上所述，本題答案是：6H＋＋Fe2O32Fe3＋＋3H2O。

②硫酸將氧化鐵和氧化鋁溶解，生成鐵離子和鋁離子，二氧化硅不與硫酸反應，初步分離得到的濾渣主要成分是SiO2；綜上所述，本題答案是：SiO2。

（2）Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀的pH相近，不易通過沉淀分離，將Fe3＋轉化為Fe2＋后，Fe(OH)2的沉淀pH與Al(OH)3相差較大，便于分離；綜上所述，本題答案是：Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀的pH相近，不易通過沉淀分離。

（3）①一水合氨是弱堿，與鋁離子反應生成氫氧化鋁沉淀，反應的離子方程式為：3NH3·H2O＋Al3+Al(OH)3↓＋3NH4+；綜上所述，本題答案是：3NH3·H2O＋Al3+Al(OH)3↓＋3NH4+。

②由圖可知：pH略小于5時，Al的沉淀率較高（接近90%），而Fe的沉淀率較低（小于10%），當pH大于5時，Fe的沉淀率突然增大，且Al的沉淀率無明顯變化，所以反應過程中控制pH略小于5；綜上所述，本題答案是：略小于5，鋁元素沉淀較多，鐵元素還沒有開始大量的沉淀。

Ⅱ.（1）根據NH4Al(SO4)2 在0℃和100℃時溶解度變化可知NH4Al(SO4)2 的溶解度受溫度影響較大，溫度較低時溶解度較低，選用冷卻、結晶的方法將NH4Al(SO4)2 與其他溶質分離；綜上所述，本題答案是：冷卻、結晶。

（2）根據已知可知浸取液中硫元素的存在形式為SO42-；由圖可知最終排放的氣體只有N2，則其他氣體均被吸收，且硫元素最終轉化為SO42-，把SO2氧化為SO42-，所以氣體Y是O2；根據化合價升降守恒，煅燒NH4Al(SO4)2 的化學方程式為: 4NH4Al（SO4）2 2Al2O3+5SO3↑+3SO2↑+2NH3↑+N2↑+5H2O↑；據以上反應可知4mol NH4Al（SO4）2煅燒生成16mol氣體，其中3molSO2 、5molSO3溶于水后，經過氧氣氧化，最終溶液中含有8mol SO42-；2molNH3通入瓶中，最終轉化為2molNH4+，又因為NH4HSO4和H2SO4按照物質的量比1:1配成浸取液，根據SO42-的物質的量可知，共需要4molNH4HSO4，除去氨氣轉化生成的2molNH4+，還需要2molNH4+，因此加入的試劑X是含2mol溶質的氨水；綜上所述，本題答案是：試劑Y：O2；試劑X及其物質的量：含2mol溶質的氨水。