Question

【題目】六氟合鋁酸鈉(Na3AlF6)俗稱冰晶石，微溶于水，可用作陶瓷乳白劑、樹脂橡膠的耐磨填充劑等。實驗室以螢石(CaF2，難溶于水)、石英和純堿等為原料可制備Na3AlF6，實驗步驟如下：

Ⅰ．將螢石(CaF2)、石英和純堿按一定比例混合后煅燒并釋放出CO2；

Ⅱ．……

Ⅲ．在浸取液中加入稀硫酸調節pH，再加入硫酸鋁，充分反應后過濾，洗滌烘干后得到六氟合鋁酸鈉。

回答下列問題：

(1)Na3AlF6中鋁元素的化合價為__________。

(2)步驟Ⅰ中煅燒原料混合物時，盛裝原料混合物的儀器名稱為___________；混合物煅燒后除生成CO2、CaSiO3外還有一種產物(二元化合物)，該物質的化學式為______________。

(3)步驟Ⅱ的具體內容是__________________。

(4)通過實驗探究不同pH時氟離子的去除率，即對多份相同量的浸取液調節至不同pH后，再分別加入等量硫酸鋁，得到了溶液中殘留氟濃度和氟去除率隨溶液pH的變化關系如圖所示。則步驟Ⅲ中最佳pH為_________；圖中當pH增大時，氟去除率下降的原因是_______________________________________。

(5)步驟Ⅲ中檢驗過濾后的固體已洗滌干凈的方法是_______________________________。

(6)寫出一種能將含氟廢水中氟離子去除的可行方法：______________________________。

Answer 1

【答案】+3 坩堝 NaF 將冷卻后的固體加水浸取，過濾后除去殘渣得到浸取液(或其他合理答案) 5 溶液pH升高，溶液中OH－的濃度增大，Al3+與OH－優先結合 取最后一次洗滌液，向其中加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，如果沒有白色沉淀生成，說明固體已經洗凈 加入CaCl2，利用反應生成CaF2沉淀而去除(或加入一定比例的硫酸鋁和硫酸鈉，利用反應生成六氟合鋁酸鈉而去除)

【解析】

根據CaF2、石英和純堿按一定比例混合后煅燒并釋放出CO2，可書寫出化學方程式CaF2+SiO2+Na2CO3= CaSiO3+ CO2+ 2NaF，判斷生成物的種類；其次，根據步驟一和步驟三推斷步驟Ⅱ的具體內容是：將冷卻后的固體加水浸取，過濾后除去殘渣得到浸取液；根據溶液中殘留氟濃度和氟去除率隨溶液pH的變化關系圖可知最佳pH為5；檢驗過濾后的固體已洗滌干凈不含雜質硫酸鋁的方法是：取最后一次洗滌液，向其中加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，如果沒有白色沉淀生成，說明固體已經洗凈；利用石灰中的鈣離子與氟離子生CaF2沉淀而除去氟離子，或加入一定比例的硫酸鋁和硫酸鈉，利用反應生成六氟合鋁酸鈉而去除。

(1)Na3AlF6中，Na顯+1價，F顯-1價，所以該化合物的Al元素的化合價為+3；

(2)煅燒原料混合物時，用坩堝盛裝混合物；根據CaF2、石英和純堿按一定比例混合后煅燒并釋放出CO2，可書寫出化學方程式CaF2+SiO2+Na2CO3= CaSiO3+ CO2+ 2NaF：所以混合物煅燒后除生成CO2、CaSiO3外還有NaF ；

(3)步驟Ⅲ中有“在浸取液中加入稀硫酸調節pH”，說明步驟Ⅱ中得到浸取液，所以步驟Ⅱ的具體內容是：將冷卻后的固體加水浸取，過濾后除去殘渣得到浸取液；

(4)由變化關系如圖可知pH=5時，殘留氟濃度最低，說明氟的轉化高，且氟去除率相對較高，所以步驟Ⅲ中最佳pH為5；圖中當pH增大時，氟去除率下降的原因是：溶液pH升高，溶液中OH－的濃度增大，Al3+與OH－優先結合；

(5)步驟Ⅲ中檢驗過濾后的固體六氟合鋁酸鈉已洗滌干凈不含雜質硫酸鋁的方法是：取最后一次洗滌液，向其中加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，如果沒有白色沉淀生成，說明固體已經洗凈；

(6) 利用石灰中的鈣離子與氟離子生CaF2沉淀而除去氟離子的方法為：加入CaCl2，利用反應生成CaF2沉淀而去除；或加入一定比例的硫酸鋁和硫酸鈉，利用反應生成六氟合鋁酸鈉而去除。