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．.再经过一系列操作，分离得到产品。

(1)步骤Ⅰ中过滤所得滤渣主要成分为：______________________，

H₂SO₄溶解Al₂O₃的离子方程式为：_____________________。

(2)步骤Ⅱ中加入KMnO₄时发生反应的离子方程式为：               。

(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均为0.1 mol·L^－1

①根据表中数据解释步骤Ⅱ的目的：________________________，

②当Al³⁺开始沉淀时，Fe³⁺的浓度约为：_______________________。

(4)已知：一定条件下，MnO可与Mn^2＋反应生成MnO₂。

①向Ⅲ的沉淀中加入浓盐酸并加热，能说明沉淀中存在MnO₂的现象是：                    。

②步骤Ⅳ中加入MnSO₄的目的是：                           。

(5)步骤Ⅴ中“一系列操作”是__________________、_________________。

Answer

(1)SiO2；Al2O3＋6H＋ =2Al3＋＋3H2O

(2)MnO＋5 Fe2＋＋8H＋=Mn2＋＋5 Fe3＋＋4H2O

(3)①pH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；②10-6.7或10-6.8

(4)①生成黄绿色气体；②除去过量的MnO

(5)蒸发浓缩、冷却结晶；

【解析】

试题分析：(1)Al2O3、FeO•xFe2O3能与硫酸反应，而SiO2不与硫酸反应，步骤Ⅰ过滤得到沉淀的主要成分为：SiO2，硫酸溶解氧化铝生成硫酸铝和水，反应的离子方程式为：Al2O3+6H+=2Al3++3H2O；故答案为：SiO2；Al2O3+6H+=2Al3++3H2O；

(2)高锰酸根离子在酸溶液中被还原为锰离子，亚铁离子被氧化为铁离子，反应的离子方程式为：MnO4-+5Fe2++8H+=5Fe3++Mn2++4H2O，故答案为：MnO4-+5Fe2++8H+=5Fe3++Mn2++4H2O；

(3)①铁离子开始沉淀和沉淀完全的溶液pH为1.5～2.8，铝离子开始沉淀pH为3.4，亚铁离子开始沉淀的溶液pH大于铝离子完全沉淀pH，向滤液中加入过量KMnO4溶液，目的是氧化亚铁离子为三价铁离子，依据图表数据分析可知，所以调节溶液的pH约为3，可以使铁离子全部沉淀，铝离子不沉淀分离，步骤II的目的：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，故答案为：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；

②浓度为0.1mol•L-1的Fe3+开始沉淀时，溶液pH为1.5，所以Ksp[Fe(OH)3] = 0.1 × (10-14+1.5)3 = 1 × 10-38.5，当Al3+开始沉淀时，溶液pH为3.4，即溶液中氢氧根离子的浓度为1×10-14+3.4 mol•L-1=1×10-10.6 mol•L-1，所以Fe3+的浓度为=10-6.7 mol•L-1，故答案为：10-6.7 mol•L-1；

(4)①向Ⅲ的沉淀中加入浓HCl并加热，二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水生成的氯气是黄绿色气体，能说明沉淀中存在MnO2，故答案为：生成黄绿色气体；②MnO4-可与Mn2+反应生成MnO2，过滤除去，所以可以利用MnSO4的溶液和高锰酸钾溶液反应生成二氧化锰，把过量高锰酸根离子除去，故答案为：除去过量的MnO4-；

(5)从溶液中获得Al2(SO4)3•18H2O晶体，可以通过蒸发浓缩、冷却结晶的方法，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶。

考点：考查了制备实验方案的设计的相关知识。