Question

用含有Al₂O₃、SiO₂和少量FeO·xFe₂O₃的铝灰制备Al₂(SO₄)₃·18H₂O，工艺流程如下(部分操作和条件略)：

Ⅰ.向铝灰中加入过量稀H₂SO₄，过滤；

Ⅱ.向滤液中加入过量KMnO₄溶液，调节溶液的pH约为3；

Ⅲ.加热，产生大量棕色沉淀，静置，上层溶液呈紫红色；

Ⅳ.加入MnSO₄至紫红色消失，过滤；

Ⅴ.浓缩、结晶、分离，得到产品。

（1）H₂SO₄溶解Al₂O₃的离子方程式是____________________________________。

（2）将MnO₄^-氧化Fe^2＋的离子方程式补充完整：

（3）已知：

生成氢氧化物沉淀的pH

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

注：金属离子的起始浓度为0.1 mol·L^－1

根据表中数据解释步骤Ⅱ的目的：________。

（4）己知：一定条件下，MnO₄^-可与Mn^2＋反应生成MnO₂。

① 向 Ⅲ 的沉淀中加入浓HCl并加热，能说明沉淀中存在MnO₂的现象是__________。

② Ⅳ 中加入MnSO₄的目的是_____________________________________________。

Answer

（1）Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O

(2)5 8H＋ 5 4H2O

(3)pH约为3时，Fe2＋和Al3＋不能形成沉淀，将Fe2＋氧化为Fe3＋，可使铁完全沉淀

(4)①生成黄绿色气体 ②除去过量的MnO4-

【解析】本题主要考查化工制备知识，意在考查考生的信息挖掘能力、实验探究能力以及解答综合实验问题的能力。由题给条件，加入过量稀硫酸，发生反应：Al2O3＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2O，FeO·xFe2O3＋(3x＋1)H2SO4=FeSO4＋xFe2(SO4)3＋(3x＋1)H2O，过滤后得到的滤液为Al2(SO4)3、FeSO4、Fe2(SO4)3和硫酸的混合溶液，滤渣为SiO2；向滤液中加入过量的高锰酸钾溶液，目的是将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，然后调节pH约为3，由题给表格(生成氢氧化物沉淀的pH)信息知，此时Fe3＋全部转化为氢氧化铁沉淀，上层溶液为KMnO4和硫酸铝，根据题给信息，一定条件下，MnO4-可与Mn2＋反应生成MnO2，从而把上层溶液中的MnO除去，最后浓缩、结晶、分离。得到产品。（1）H2SO4溶解Al2O3的离子方程式是Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O。（2）由题意，在酸性条件下高锰酸钾把Fe2＋氧化成Fe3＋，所以反应物中添上H＋，生成物中添上H2O，配平得：MnO4-＋5Fe2＋＋8H＋=Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O。（3）步骤Ⅱ的目的是将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，然后调节pH约为3，使Fe3＋全部转化为Fe(OH)3沉淀。（4）①根据反应：MnO2＋4HCl(浓) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O可知，有黄绿色气体产生时说明沉淀中有MnO2；②加入MnSO4可除去过量的MnO4-。