Question

（15分）洗煤和选煤过程中排出的煤矸石（主要含Al₂O₃、SiO₂及Fe₂O₃）会占用大片土地，造成环境污染。某课题组利用煤矸石制备聚合氯化铝流程如下：

已知：聚合氯化铝（[Al₂(OH)_nCl_6-n]_m（1≤n≤5，m≤10），商业代号PAC）是一种新型、高效絮凝剂和净水剂。

（1）酸浸的目的是___________________________；实验需要 的500mL3．0 mol·L^-1的盐酸，配制时所需要的玻璃仪器除量筒、烧杯、玻璃棒外还有______________________。

（2）若m=n=2，则生成PAC的化学方程式是_______________________________________。

（3）从含PAC的稀溶液中获得PAC固体的实验操作方法是_______、_________、_________。

（4）为了分析残渣2中铁元素的含量，某同学称取5．000g残渣2，先将其预处理使铁元素还原为Fe²⁺，并在容量瓶中配制成100mL溶液；然后移取25．00mL试样溶液，用1．000×10^-2 mol·L^-1KMnO₄标准溶液滴定，消耗标准溶液20．00mL。已知反应式为Fe²⁺+MnO₄^－+H⁺—Fe³⁺+Mn²⁺+H₂O（未配平）。判断滴定终点的依据是_______________________；残渣2中铁元素的质量分数为________________。

Answer

（15分）

（1）将煤矸石中的Al2O3及Fe2O3溶解，与SiO2分离 （2分）（其它合理答案也可）

500mL容量瓶、胶头滴管 （2分）

（2）4AlCl3+2Ca(OH)2 [Al2(OH)2Cl4]2+2Ca Cl2

（或4AlCl3+4H2O [Al2(OH)2Cl4]2+4HCl） （3分）

（3）蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 （3分）

（4）滴入最后一滴高锰酸钾溶液时，溶液出现浅紫色且在半分钟内不褪（2分）4．480%（3分）

【解析】

试题分析：（1）因为煤矸石（主要含Al2O3、SiO2及Fe2O3），所以酸浸的目的是溶解氧化铁和氧化铝，与二氧化硅分离；实验需要 的500mL3．0 mol·L-1的盐酸，配制时所需要的玻璃仪器除量筒、烧杯、玻璃棒外还有500mL的容量瓶，盛放溶液，定容时需胶头滴管；

（2）根据流程图可知，加入氢氧化钙后将铁离子除去，剩余溶液为氯化铝溶液，氯化铝与氢氧化钙加热反应生成PAC和氯化钙，化学方程式是4AlCl3+2Ca(OH)2 [Al2(OH)2Cl4]2+2Ca Cl2

（或4AlCl3+4H2O [Al2(OH)2Cl4]2+4HCl）；

（3）从溶液中得到溶质的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，所以从含PAC的稀溶液中获得PAC固体的实验操作方法蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；

（4）因为亚铁离子的溶液为浅黄绿色，高锰酸钾为紫色，达到滴定终点时，滴加一滴高锰酸钾溶液则溶液为浅紫色，且半分钟内不褪色；根据得失电子守恒，则亚铁离子的系数是高锰酸根离子的5倍，所以25．00mL溶液中Fe元素的质量是1．000×10-2 mol·L-1×20×10-3L×5×56g/mol=0．056g，则100mL溶液中Fe元素的质量是0．056g×4=0．224g，所以残渣2中铁元素的质量分数为0．224g/5．000g×100%=4．48%。

考点：考查对工业流程的分析，物质质量分数的计算、物质的分离操作判断