Question

六氟合铝酸钠(Na₃AlF₆)俗称冰晶石，微溶于水，可用作陶瓷乳白剂、树脂橡胶的耐磨填充剂等。实验室以萤石(CaF₂，难溶于水)、石英和纯碱等为原料可制备Na₃AlF₆，实验步骤如下：

Ⅰ．将萤石(CaF₂)、石英和纯碱按一定比例混合后煅烧并释放出CO₂；

Ⅱ．……

Ⅲ．在浸取液中加入稀硫酸调节pH，再加入硫酸铝，充分反应后过滤，洗涤烘干后得到六氟合铝酸钠。

回答下列问题：

(1)Na₃AlF₆中铝元素的化合价为__________。

(2)步骤Ⅰ中煅烧原料混合物时，盛装原料混合物的仪器名称为___________；混合物煅烧后除生成CO₂、CaSiO₃外还有一种产物(二元化合物)，该物质的化学式为______________。

(3)步骤Ⅱ的具体内容是__________________。

(4)通过实验探究不同pH时氟离子的去除率，即对多份相同量的浸取液调节至不同pH后，再分别加入等量硫酸铝，得到了溶液中残留氟浓度和氟去除率随溶液pH的变化关系如图所示。则步骤Ⅲ中最佳pH为_________；图中当pH增大时，氟去除率下降的原因是_______________________________________。

(5)步骤Ⅲ中检验过滤后的固体已洗涤干净的方法是_______________________________。

(6)写出一种能将含氟废水中氟离子去除的可行方法：______________________________。

Answer

+3 坩埚 NaF 将冷却后的固体加水浸取，过滤后除去残渣得到浸取液(或其他合理答案) 5 溶液pH升高，溶液中OH－的浓度增大，Al3+与OH－优先结合 取最后一次洗涤液，向其中加入盐酸酸化的氯化钡溶液，如果没有白色沉淀生成，说明固体已经洗净 加入CaCl2，利用反应生成CaF2沉淀而去除(或加入一定比例的硫酸铝和硫酸钠，利用反应生成六氟合铝酸钠而去除)

【解析】

根据CaF2、石英和纯碱按一定比例混合后煅烧并释放出CO2，可书写出化学方程式CaF2+SiO2+Na2CO3= CaSiO3+ CO2+ 2NaF，判断生成物的种类；其次，根据步骤一和步骤三推断步骤Ⅱ的具体内容是：将冷却后的固体加水浸取，过滤后除去残渣得到浸取液；根据溶液中残留氟浓度和氟去除率随溶液pH的变化关系图可知最佳pH为5；检验过滤后的固体已洗涤干净不含杂质硫酸铝的方法是：取最后一次洗涤液，向其中加入盐酸酸化的氯化钡溶液，如果没有白色沉淀生成，说明固体已经洗净；利用石灰中的钙离子与氟离子生CaF2沉淀而除去氟离子，或加入一定比例的硫酸铝和硫酸钠，利用反应生成六氟合铝酸钠而去除。

(1)Na3AlF6中，Na显+1价，F显-1价，所以该化合物的Al元素的化合价为+3；

(2)煅烧原料混合物时，用坩埚盛装混合物；根据CaF2、石英和纯碱按一定比例混合后煅烧并释放出CO2，可书写出化学方程式CaF2+SiO2+Na2CO3= CaSiO3+ CO2+ 2NaF：所以混合物煅烧后除生成CO2、CaSiO3外还有NaF ；

(3)步骤Ⅲ中有“在浸取液中加入稀硫酸调节pH”，说明步骤Ⅱ中得到浸取液，所以步骤Ⅱ的具体内容是：将冷却后的固体加水浸取，过滤后除去残渣得到浸取液；

(4)由变化关系如图可知pH=5时，残留氟浓度最低，说明氟的转化高，且氟去除率相对较高，所以步骤Ⅲ中最佳pH为5；图中当pH增大时，氟去除率下降的原因是：溶液pH升高，溶液中OH－的浓度增大，Al3+与OH－优先结合；

(5)步骤Ⅲ中检验过滤后的固体六氟合铝酸钠已洗涤干净不含杂质硫酸铝的方法是：取最后一次洗涤液，向其中加入盐酸酸化的氯化钡溶液，如果没有白色沉淀生成，说明固体已经洗净；

(6) 利用石灰中的钙离子与氟离子生CaF2沉淀而除去氟离子的方法为：加入CaCl2，利用反应生成CaF2沉淀而去除；或加入一定比例的硫酸铝和硫酸钠，利用反应生成六氟合铝酸钠而去除。