Question

粉煤灰是燃煤产生的工业固体废料，主要成分有Al₂O₃、SiO₂ ，还含有少量Fe₂O₃、CaO等。采用酸碱联合的方法从粉煤灰中综合回收氧化铝及二氧化硅的工艺流程如下：

硫酸熟化过程中发生的反应有：

Al₂O₃∙2SiO₂ +3H₂SO₄=Al(SO₄)₃ +2SiO₂ +3H₂O

3Al₂O₃∙2SiO₂ +9H₂SO₄=3Al₂( SO₄)₃ + 2SiO₂ +9H₂O

(1)“结晶”操作：缓缓加热，浓缩至______ ，放置冷却，得到Al₂(SO₄)₃∙18H₂O。

(2)Al₂(SO₄)₃∙18H₂O在250 ~300℃下失重40.5%得Al₂(SO₄)∙xH₂O，x=______。

(3)“还原焙烧”过程中发生反应的化学方程式为_________。

(4)设计实验检验粗氧化铝中是否含有Fe₂O₃： __________。

(5)向硅酸钠溶液中通入过量CO₂制备白炭黑的化学方程式为___________。

(6)粗氧化铝制备冶金级氧化铝过程中发生反应[ Al(OH)₄]^- +CO₂ =Al(OH)₃↓+ HCO₃^- ，该反应的平衡常数为_______[已知 Al(OH)₃+H₂O [ Al(OH)4]^-+H⁺   K₁ =4×10^-13 ；H₂CO₃H₂O +CO₂   K₂ =600；  K_al(H₂CO₃) =4.2×10^-7、K_a2(H₂CO₃) =5.6×10^-11]。

Answer

表面出现结晶薄膜 3 2Al2(SO4)3+3C2Al2O3+3CO2↑+6SO2↑ 取粗氧化铝少许于试管中加稀硫酸溶解，静置，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则粗氧化铝中含有Fe2O3杂质 Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O=2NaHCO3+SiO2∙nH2O↓ 1.75×103

【解析】

粉煤灰主要成分有Al2O3、SiO2 ，还含有少量Fe2O3、CaO等，加入浓硫酸反应生成硫酸铝，水浸主要得到SiO2高硅渣，滤液经过结晶脱水得到硫酸铝，硫酸铝与焦炭反应生成粗氧化铝，验证粗氧化铝是否含有氧化铁，先将物质溶于稀硫酸后加KSCN溶液，观察现象；向硅酸钠溶液中通入足量二氧化碳反应生成碳酸氢钠和白炭黑SiO2∙nH2O。

(1)“结晶”操作：缓缓加热，浓缩至表面出现结晶薄膜，放置冷却，得到Al2(SO4)3∙18H2O；故答案为：表面出现结晶薄膜。

(2)假设100gAl2(SO4)3∙18H2O在250 ~300℃下失重40.5%，剩余100g×(1−40.5%)=59.5g Al2(SO4)∙xH2O，，解得x=3；故答案为：3。

(3)根据“还原焙烧”产物之一经过烟气制酸，硫酸铝和碳“还原焙烧”生成氧化铝、二氧化碳和二氧化硫，发生反应的化学方程式为2Al2(SO4)3+3C2Al2O3+3CO2↑+6SO2↑；故答案为：2Al2(SO4)3+3C2Al2O3+ 3CO2↑ + 6SO2↑。

(4)实验检验粗氧化铝中是否含有Fe2O3，将粗品溶于稀硫酸中，利用生成的铁离子与KSCN溶液反应是否有红色物质生成；故答案为：取粗氧化铝少许于试管中加稀硫酸溶解，静置，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则粗氧化铝中含有Fe2O3杂质。

(5)向硅酸钠溶液中通入过量CO2生成碳酸氢钠和白炭黑SiO2∙nH2O，其化学方程式为Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O=2NaHCO3+SiO2∙nH2O↓；故答案为：Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O = 2NaHCO3+SiO2∙nH2O↓。

(6)①Al(OH)3+H2O[ Al(OH)4]－+H+，②H2CO3H2O +CO2，③H2CO3HCO3－+H+，根据盖斯定律③−①−②得到[Al(OH)4] － +CO2 =Al(OH)3↓+ HCO3－，方程式相减，平衡常数相除，因此[Al(OH)4] － +CO2 =Al(OH)3↓+ HCO3－平衡常数为；故答案为：1.75×103。