Question

20．某地煤矸石經(jīng)預(yù)處理后含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物等，一種綜合利用工藝設(shè)計如圖：

（1）“酸浸”過程中主要反應(yīng)的離子方程式為Al₂O₃+6H⁺→2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺→2Fe³⁺+3H₂O．
（2）“酸浸”時鋁浸出率的影響因素可能有鹽酸的濃度、反應(yīng)溫度、煤矸石顆粒大小、是否充分?jǐn)嚢�、反�?yīng)時間等．（寫出兩個）
（3）“堿溶”的目的是將Al（OH）₃轉(zhuǎn)化為AlO₂^-，以便和Fe（OH）₃分離．物質(zhì)X的化學(xué)式為CO₂．
（4）已知Fe³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為2.1和3.2，Al³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.1和5.4．為了獲得產(chǎn)品Al（OH）₃，從煤矸石的鹽酸浸取液開始，若只用CaCO₃一種試劑，后續(xù)操作過程是加入CaCO₃調(diào)節(jié)pH到3.2，過濾除去Fe（OH）₃后，再加入CaCO₃調(diào)節(jié)pH到5.4，過濾得到Al（OH）₃．
（5）以煤矸石為原料還可以開發(fā)其他產(chǎn)品，例如在煤矸石的鹽酸浸取液除鐵后，常溫下向AlCl₃溶液中不斷通入HCl氣體，可析出大量AlCl₃•6H₂O晶體，結(jié)合化學(xué)平衡移動原理解釋析出晶體的原因：AlCl₃飽和溶液中存在溶解平衡AlCl₃•6H₂O（s）?Al³⁺（aq）+3Cl^-（aq）+6H₂O（l），通入HCl氣體使溶液中c（Cl^-）增大，平衡向析出固體的方向移動從而析出AlCl₃晶體．

Answer 1

分析 含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物用鹽酸酸浸發(fā)生的反應(yīng)為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；則過濾的溶液為氯化鐵和氯化鋁的溶液，加碳酸鈣消耗溶液中的氫離子使三價鐵離子、三價鋁離子都水解生成氫氧化鐵、氫氧化鋁的沉淀，所以再加入氫氧化鈉，只有氫氧化鋁溶解反應(yīng)為：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，所得溶液為偏鋁酸鈉溶液再通入二氧化碳進(jìn)一步反應(yīng)又生成氫氧化鋁；
（1）能和酸反應(yīng)的物質(zhì)有氧化鋁和氧化鐵，二氧化硅為殘渣；
（2）酸浸”時鋁浸出率的影響因素可能是酸的濃度、溫度、反應(yīng)物的接觸面積、反應(yīng)時間等都影響反應(yīng)速率；
（3）流程中的沉淀為氫氧化鐵、氫氧化鋁，氫氧化鋁能溶解在氫氧化鈉溶液中，而氫氧化鐵不能，碳酸鈣和水解中的氫離子反應(yīng)生成的二氧化碳；
（4）調(diào)節(jié)溶液的pH值，可使Fe³⁺生成氫氧化鐵而除去；
（5）氯化氫氣體可以抑制氯化鋁的水解；

解答 解：含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物用鹽酸酸浸發(fā)生的反應(yīng)為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；則過濾的溶液為氯化鐵和氯化鋁的溶液，加碳酸鈣消耗溶液中的氫離子使三價鐵離子、三價鋁離子都水解生成氫氧化鐵、氫氧化鋁的沉淀，所以再加入氫氧化鈉，只有氫氧化鋁溶解反應(yīng)為：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，所得溶液為偏鋁酸鈉溶液再通入二氧化碳進(jìn)一步反應(yīng)又生成氫氧化鋁；
（1）能和酸反應(yīng)的物質(zhì)有氧化鋁和氧化鐵，二氧化硅不與酸反應(yīng)，為殘渣，反應(yīng)的離子方程式為Al₂O₃+6H⁺→2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺→2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：Al₂O₃+6H⁺→2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺→2Fe³⁺+3H₂O；
（2）酸的濃度、溫度、反應(yīng)物接觸面積、是否充分?jǐn)嚢�、反�?yīng)時間等都影響反應(yīng)速率的因素，
故答案為：鹽酸的濃度、反應(yīng)溫度、煤矸石顆粒大小、是否充分?jǐn)嚢�、反�?yīng)時間等；
（3）流程中的沉淀為氫氧化鐵、氫氧化鋁，氫氧化鋁能溶解在氫氧化鈉溶液中，而氫氧化鐵不能，所以“堿溶”的目的是將Al（OH）₃ 轉(zhuǎn)化為AlO₂^-，以便和Fe（OH）₃分離，碳酸鈣和水解中的氫離子反應(yīng)生成的二氧化碳，所以物質(zhì)X的化學(xué)式為CO₂，
故答案為：將Al（OH）₃ 轉(zhuǎn)化為AlO₂^-，以便和Fe（OH）₃分離；CO₂；
（4）Fe³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為2.1和3.2，Al³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.1和5.4，要使鐵離子完全沉淀而鋁離子不沉淀，則溶液的PH應(yīng)該為3.2，過濾氫氧化鋁沉淀時調(diào)節(jié)溶液pH為5.4，以使氫氧化鋁完全沉淀，
故答案為：加入CaCO₃調(diào)節(jié)pH到3.2，過濾除去Fe（OH）₃后，再加入CaCO₃調(diào)節(jié)pH到5.4，過濾得到Al（OH）₃；
（5）氯化鋁在溶液中存在溶解平衡，AlCl₃•6H₂O（s）?Al³⁺（aq）+3Cl^-（aq）+6H₂O（l），根據(jù)平衡移動原理可知，通入氯化氫后溶液中氯離子濃度增大，抑制氯化鋁溶解，所以促進(jìn)氯化鋁晶體析出，
故答案為：AlCl₃飽和溶液中存在溶解平衡AlCl₃•6H₂O（s）?Al³⁺（aq）+3Cl^-（aq）+6H₂O（l），通入HCl氣體使溶液中c（Cl^-）增大，平衡向析出固體的方向移動從而析出AlCl₃晶體．

點評 本題以工藝流程為載體考查了溶解平衡原理、物質(zhì)間的反應(yīng)、除雜等知識點，這種題型是高考�？碱}型，綜合性較強，涉及知識面較廣，用教材基礎(chǔ)知識采用知識遷移的方法分析解答，難度不大．