Question

某地煤矸石经预处理后含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量钙镁的化合物等，一种综合利用工艺设计如下：

（1）“酸浸”过程中主要反应的离子方程式为__________   、____________。

（2）“酸浸”时铝浸出率的影响因素可能有_____  ________、_____  ______。（写出两个）

（3）物质X的化学式为___________。“碱溶”时反应的主要离子方程式为：Fe³⁺+3OH^- = Fe(OH)₃↓；                                      。

（4）已知Fe³⁺开始沉淀和沉淀完全的pH分别为2.1和3.2，Al³⁺开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.1和5.4为了获得产品Al(OH）₃，从煤矸石的盐酸浸取液开始，若只用CaCO₃一种试剂，后续操作过程是                       。

（5）以煤矸石为原料还可以开发其他产品，例如在煤矸石的盐酸浸取液除铁后，常温下向AlCl₃溶液中不断通入HCl气体，可析出大量AlCl₃·6H₂O晶体，结合化学平衡移动原理解释析出晶体的原因：                                         。

Answer

（1）Al2O3+6H+=2Al3++3H2O ； Fe2O3+6H+=2 Fe 3++3 H 2O

（2）盐酸的浓度、反应温度、煤矸石颗粒大小、是否充分搅拌、反应时间（任写两个）

（3）CO2 ； Al(OH)3 +OH—=AlO2—+2H2O

（4）加入CaCO3调节pH到3.2，过滤除去Fe(OH）3后，再加CaCO3调节pH到5.4，过滤得到Al(OH)3

（5）AlCl3饱和溶液中存在溶解平衡：AlCl3·6H2O(s）Al3+(aq）+3Cl—(aq）+6H2O(l)，通入HCl气体使溶液中c(Cl—)增大，平衡向析出固体的方向移动从而析出AlCl3晶体。

【解析】

试题分析：（1）金属氧化物Al2O3、Fe2O3 能与酸反应，而非金属氧化物不能与酸反应。所以“酸浸”过程中主要反应的离子方程式为Al2O3+6H+=2Al3++3H2O ； Fe2O3+6H+=2Fe 3 ++3H2 O 。（2）在用酸溶解金属氧化物时，影响化学反应速率的元素有盐酸的浓度、反应温度、煤矸石颗粒大小、是否充分搅拌、反应时间等等。（3）在用酸溶解金属氧化物时酸可能过量，AlCl3、FeCl3都是强酸弱碱盐，水解使溶液显酸性。所以向该酸性溶液中加入CaCO3时发生反应：CaCO3+2H+=Ca2++ CO2↑+H2O。物质X是CO2。得到的沉淀是Al(OH)3、Fe(OH)3。加入NaOH溶液时，由于Al(OH)3是两性氢氧化物，能跟强碱反应溶解，发生反应为：Al(OH)3 +OH—=AlO2—+2H2O。（4）由于Fe3+开始沉淀和沉淀完全的pH分别为2.1和3.2，而Al3+开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.1和5.4。所以为了得到纯净的Al(OH)3，首先加入CaCO3调节pH到3.2，得到Fe(OH）3，将其过滤除去后，再加CaCO3调节pH到5.4，这时又产生Al(OH）3。把它过滤出来并加以洗涤，即得到纯净的Al(OH）3。（5）常温下向AlCl3溶液中不断通入HCl气体，由于在AlCl3饱和溶液中存在溶解平衡：AlCl3·6H2O(s）Al3+(aq）+3Cl—(aq）+6H2O(l)，通入HCl，即增大了生成物的浓度，化学平衡逆向移动。因此可析出大量AlCl3·6H2O晶体。

考点：考查煤矸石的综合利用。主要包括金属氧化物的性质、Al(OH）3的两性、盐的水解平衡、离子方程式的书写、外界条件对化学反应速率、化学平衡移动的影响的知识。