Question

【題目】硫酸鋁在造紙、水凈化、土壤改良中有著廣泛的應用，同時還是泡沫滅火器中的試劑。某化工廠利用含鋁廢料(成分為A12O3，SiO2及少量FeO·xFe2O3)制備硫酸鋁晶體的工藝流程如下圖所示，回答相關問題。

又知生成氫氧化物沉淀的pH如下表：

	Al(OH)3	Fe(OH)2	Fe(OH)3
開始沉淀時	3.6	6.3	2.3
完全沉淀時	4.9	8.3	3.2

（1）料渣I的成分是__，操作X的內容是__、洗滌、干燥等。

（2）試劑B最好是__，a的范圍是__，由表中數據求出Ksp[Fe(OH)3]<_____(設沉淀完全時金屬離子濃度小于1×10-5mol/L)。

（3）試劑A是一種液態綠色氧化劑，料液Ⅰ中反應的離子方程式_______

（4）泡沫滅火器容器構造分為內外兩層，內層是玻璃容器、外層是鋼筒。則硫酸鋁溶液應盛放在______容器中，泡沫滅火器中另一種試劑是小蘇打溶液而不是蘇打溶液的原因是____.

（5）請設計一種簡單的方案，用于確定所制得的晶體組成是否與理論上的組成[Al2(SO4)3·18H2O]相同(寫出主要操作過程即可):_________________

Answer 1

【答案】 SiO2 蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾 Al2O3或Al(OH)3 3.6>a3.2 1×10-37.4 2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O 玻璃 消耗等量的硫酸鋁時，小蘇打生成的CO2量是蘇打生成的CO2量的2倍 準確稱量一定量晶體，溶于水后再加入足量BaCl2溶液，過濾、洗滌、干燥后稱量所得固體的質量

【解析】試題分析：本題以利用含鋁廢料制備硫酸鋁晶體的流程為載體，考查流程的分析、除雜試劑的選擇、溶度積的計算、離子方程式的書寫、鹽類水解的應用、實驗方案的設計。鋁廢料預處理后加入過量稀H2SO4酸浸，Al2O3和少量的FeO·xFe2O3溶解轉化為可溶于水的Al2（SO4）3、FeSO4、Fe2（SO4）3，SiO2屬于酸性氧化物，SiO2與稀H2SO4不反應，料渣I的成分為SiO2。料液I中含Al2（SO4）3、FeSO4、Fe2（SO4）3和過量H2SO4，根據Al3+、Fe2+、Fe3+生成氫氧化物沉淀的pH，試劑A的作用是將Fe2+氧化成Fe3+，然后加入試劑B調節pH=a除去Fe3+，料液II為Al2（SO4）3溶液。

（1）根據上述分析，料渣I的成分為SiO2。操作X為從Al2（SO4）3溶液中獲得Al2（SO4）3·18H2O，操作X的內容是：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥。

（2）試劑B是用來調節pH除去Fe3+，為了不引入新雜質，試劑B最好是Al2O3或Al（OH）3。根據Al3+開始沉淀的pH為3.6，Fe3+完全沉淀的pH為3.2，a的范圍是：3.2a3.6。根據表中數據Fe3+完全沉淀時pH=3.2，c（H+）=10-3.2mol/L，c（OH-）=10-10.8mol/L，Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）·c3（OH-）110-5（10-10.8）3=110-37.4。

（3）試劑A將Fe2+氧化成Fe3+，試劑A是一種液態綠色氧化劑，試劑A為H2O2，料液I中反應的離子方程式為2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。

（4）硫酸鋁屬于強酸弱堿鹽，由于Al3+的水解Al2（SO4）3溶液呈酸性，可腐蝕鋼筒，Al2（SO4）3溶液應盛放在玻璃容器中。Al2（SO4）3溶液與小蘇打（NaHCO3）溶液反應的方程式為Al2（SO4）3+6NaHCO3=2Al（OH）3↓+6CO2↑+3Na2SO4，Al2（SO4）3溶液與蘇打（Na2CO3）溶液反應的方程式為Al2（SO4）3+3Na2CO3+3H2O=2Al（OH）3↓+3CO2↑+3Na2SO4，根據方程式可見，消耗等量的硫酸鋁時小蘇打生成的CO2量是蘇打生成的O2量的2倍，滅火效果NaHCO3比Na2CO3好，所以泡沫滅火器中另一種試劑是小蘇打溶液而不是蘇打溶液。

（5）要確定所制得的晶體組成是否與理論上的組成[Al2(SO4)3·18H2O]相同，可通過測量一定量晶體中Al2（SO4）3或水的質量是否與理論組成相同即可達到目的，如將一定量的晶體完全溶于水，加入足量BaCl2溶液充分反應，過濾、稱量BaSO4的質量，計算Al2（SO4）3的質量。主要的操作過程為：準確稱量一定量晶體，溶于水后再加入足量BaCl2溶液，過濾、洗滌、干燥后稱量所得固體的質量。