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圖1．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 ．

（4）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．
依據資料可知，將硫酸鋁銨與其他溶質分離的方法是 ．
（5）煅燒NH4Al（SO4）2同時得到混合氣體（NH3、N2、SO2、SO3、H2O）．若16mol混合氣體按圖2裝置被完全吸收制得浸取液，請將圖2中試劑及其物質的量補充完整．

Answer 1

【答案】
（1）6H++Fe2O3=2Fe3++3H2O,SiO2
（2）Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀的pH相近,不易通過沉淀分離
（3）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
（4）冷卻、結晶
（5）
【解析】解：Ⅰ（1）①硫酸溶液與Fe2O3反應的離子方程式為6H++Fe2O3=2Fe3++3H2O，所以答案是：6H++Fe2O3=2Fe3++3H2O；

②SiO2不與硫酸反應，則初步分離得到的濾渣主要成分是SiO2，
所以答案是：SiO2；
（2）向（1）分離所得的濾液中加入還原劑使Fe3+轉化為Fe2+，由表格數據可知，因Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀的pH相近，不易通過沉淀分離，

所以答案是：Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀的pH相近，不易通過沉淀分離；
（3）①氨水使濾液中鋁離子沉淀的離子方程式為3NH3H2O+Al3+=Al（OH）3+3NH4+，

所以答案是：3NH3H2O+Al3+=Al（OH）3+3NH4+；

②反應終點的pH對鋁和鐵分離效果的影響如圖1．根據實驗結果，為達到好的分離效果，反應過程中控制pH的范圍是略小于5 （或在4.5～5之間均可），因鋁元素沉淀較多，鐵元素還沒有開始大量的沉淀，

所以答案是：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．（4）由信息可知，溶解度受溫度影響大，則將硫酸鋁銨與其他溶質分離的方法是冷卻、結晶，
所以答案是：冷卻、結晶；
（5）加熱時發生4NH4Al（SO4）2 2Al2O3+5SO3↑+3SO2↑+2NH3↑+N2↑+5H2O↑，由圖可知氮氣排出，試劑Y可氧化二氧化硫，試劑X吸收三氧化硫，則試劑Y為O2，16mol混合氣體含2mol氨氣，氧化后由S原子守恒可得到8mol三氧化硫，NH4HSO4和H2SO4按物質的量比1：1混合配制成浸取液，由8SO3～4NH3，則試劑X為含2mol溶質的氨水，

所以答案是： ．