Question

【題目】硫酸鋁主要用作造紙工業(yè)中的沉淀劑和飲用水的絮凝劑。用鋁灰（Al2O3、SiO2和少量鐵的氧化物）制備硫酸鋁晶體[Al2（SO4）3·18H2O]的工藝流程如圖所示：

（1）濾渣1的化學(xué)式為____。

（2）“氧化”步驟的離子方程式為____。

（3）已知：相關(guān)離子生成氫氧化物沉淀的pH范圍如表：

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3
開始沉淀時	3.4	6.3	1.5
完全沉淀時	4.7	8.3	2.8

根據(jù)表中數(shù)據(jù)解釋調(diào)節(jié)pH為3的目的是________。

（4）“加熱”步驟中反應(yīng)的生成物中氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為_____。

（5）“…”中一系列操作是___、冷卻結(jié)晶、過濾、___、干燥。

（6）硫酸鋁晶體加熱發(fā)生分解的失重曲線如圖所示，主要分為三個階段：第一階段失重40.54%，第二階段失重48.65%，第三階段失重84.68%，以后不再失重。

①失重第一階段殘留固體的化學(xué)式為_________。

②失重第三階段反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________。

Answer 1

【答案】SiO2 5Fe2++MnO4-+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O 使Fe3+完全沉淀，而Al3+不沉淀，將Fe3+除去 3：2 蒸發(fā)（或加熱）濃縮 洗滌 Al2（SO4）3·3H2O Al2（SO4）3Al2O3+3SO3↑

【解析】

用含有Al2O3、SiO2和少量鐵的氧化物的鋁灰制備Al2（SO4）318H2O，結(jié)合流程可知，水洗過濾，再加硫酸得到的固體為SiO2，濾液中含Al3+、Fe3+、Fe2+，加入KMnO4或H2O2等氧化劑是把Fe2+氧化為Fe3+，調(diào)pH目的是使Fe3+生成Fe（OH）3沉淀而除去，加入MnSO4，依據(jù)溶液紫紅色消失及產(chǎn)物，可知MnSO4與KMnO4發(fā)生反應(yīng)生成MnO2沉淀而除去MnO4-，濾液含Al2（SO4）3，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到Al2（SO4）318H2O，以此來解答。

（1）鋁灰的成分中只有SiO2不與硫酸反應(yīng)，因此，濾渣1為SiO2；

（2）加入高錳酸鉀的作用是將二價鐵氧化為三價鐵，離子反應(yīng)方程式為：5Fe2++MnO4-+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O；

（3）為使Fe3+完全沉淀，而Al3+不沉淀，將Fe3+除去，根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，溶液的pH值為3；

（4）加入MnSO4，依據(jù)溶液紫紅色消失，可知MnSO4與KMnO4發(fā)生反應(yīng)生成MnO2沉淀而除去MnO4，溶液呈酸性配平電荷時用H+配平，離子反應(yīng)為：

3Mn2++2MnO4+2H2O═5MnO2↓+4H+，根據(jù)方程式可得還原劑為Mn2+，氧化劑為MnO4，MnO2既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物。生成物中氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為3:2；

（5）又溶液變?yōu)榫�體操作方法為蒸發(fā)（或加熱）濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥。

（6）硫酸鋁晶體中結(jié)晶水的含量為×100%=48.65%，故第二階段完全失去結(jié)晶水，得到的物質(zhì)為Al2（SO4）3，第一階段失去部分結(jié)晶水，失去結(jié)晶水?dāng)?shù)目為666×40.54%÷18=15，故第一階段得到的物質(zhì)為Al2（SO4）3·3H2O，第三階段剩余物質(zhì)的相對分子質(zhì)量為666×（1-84.68%）=102，應(yīng)是Al2O3，故反應(yīng)方程式為Al2（SO4）3Al2O3+3SO3↑。