Question

以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细α-氧化铝，既降低环境污染又可提高铝资源的利用率。已知铝灰的主要成分为Al₂O₃（含少量杂质SiO₂、FeO、Fe₂O₃），其制备实验流程如下：

 

（1）铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为_____________________。

（2）用图中“滤渣”和NaOH焙烧制备硅酸钠，可采用的装置为___________（填选项编号）。

（3）在实验流程中，加30%的H₂O₂溶液发生的离子反应方程式为_________________。

（4）验证“沉铁”后，溶液中是否还含有铁离子的操作方法为_______________________。

（5）若用调节pH溶液“沉铁”，则得到Fe(OH)₃，已知：25℃时，K_sp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38，则该温度下反应Fe³⁺+3H₂OFe(OH)₃+3H⁺的平衡常数为___________。

（6）煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为：4[NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O]2Al₂O₃+ 2NH₃↑+ N₂↑+ 5SO₃↑+ 3SO₂↑+ 53H₂O,将产生的气体通过下图所示的装置。

①集气瓶中收集到的气体是____________________(填化学式)。

②KMnO₄溶液褪色，发生的离子反应方程式为_________________________。

Answer

Al2O3+ 3H2SO4= Al2（SO4）3+ 3H2O B 2Fe2++H2O2+2H+= 2Fe3++2H2O 静置，溶液澄清后，继续向上层清液中滴加K4[Fe（CN）6]溶液，若无现象，则溶液中不含有铁元素，反之，则有； 2.5×10-5 N2 2MnO4－ +5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42－+4H+

【解析】

铝灰的主要成分为Al2O3（含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3），加稀硫酸，Al2O3、FeO、Fe2O3转化为离子，SiO2不溶于硫酸，过滤，滤液中含有Al3+、Fe2+、Fe3+，加双氧水，Fe2+被氧化为Fe3+，加入K4[Fe（CN）6]Fe3+转化为沉淀，过滤，在滤液中加入硫酸铵，生成NH4Al（SO4）2，结晶、干燥、煅烧得到α-Al2O3；

（1）氧化铝和稀硫酸反应生成硫酸铝和水；

（2）能够焙烧固体的装置是坩埚，NaOH能和二氧化硅反应生成硅酸钠，所以不能采用瓷坩埚灼烧；

（3）在实验流程中，H2O2具有氧化性，能氧化亚铁离子生成铁离子；

（4）铁离子和铁氰化钾反应产生沉淀；

（5）该反应的平衡常数K=；

（6）①煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为：4[NH4Al（SO4）2•12H2O]═2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O，混合气体通入饱和的亚硫酸氢钠溶液中，氨气和三氧化硫溶解，剩余气体通入高锰酸钾溶液，二氧化硫被氧化生成硫酸根离子，剩余的气体采用排水法收集；

②二氧化硫被酸性高锰酸钾溶液氧化而导致KMnO4溶液褪色，二者发生氧化还原反应生成锰离子、硫酸根离子和氢离子。

（1）铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为Al2O3+ 3H2SO4= Al2(SO4)3+ 3H2O；

（2）FeO、Fe2O3和氧化铝溶于酸，二氧化硅不溶形成滤渣，二氧化硅和NaOH焙烧制备硅酸钠，不能用玻璃和瓷质容器，所以可采用的装置为B；

（3）过滤后滤液中存在Fe2+、Fe3+，Al3+，加30%的H2O2溶液会氧化Fe2+，离子反应方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；

（4）在被氧化后的溶液中加入了K4[Fe(CN)6]溶液把Fe3+沉淀，验证溶液中是否还含有铁离子的操作方法为静置，待溶液澄清后，继续向上层清液中滴加K4[Fe(CN)6]溶液，若无现象，则溶液中不含铁元素，反之则有；

（5）Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，即c(Fe3+)×c3(OH-)=4.0×10-38，该温度下反应Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+的平衡常数K= = ==2.5×10-5；

（6）①通过饱和亚硫酸氢钠溶液除去氨气、三氧化硫，通过高锰酸钾溶液除去二氧化硫气体，故收集的气体为N2；

②KMnO4溶液与二氧化硫反应，离子反应方程式为2MnO4－+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42－+4H+。