Question

2．土壤是人類賴以生存的最基本物質(zhì)，以黏土為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品伴隨著人類文明的腳步．某興趣小組以黏土為原料探究彩色水泥、輕質(zhì)耐火材料的聯(lián)合生產(chǎn)，其設(shè)計(jì)的流程如圖所示．

已知：黏土的主要成分為2CaO•3Al₂O₃•FeO•Fe₂O₃•10SiO₂•nH₂O．部分難溶物開始沉淀時(shí)和完全沉淀時(shí)的pH如表所示．

	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Al（OH）3
開始沉淀時(shí)的pH	6.3	1.9	3.4
完全沉淀時(shí)的pH	8.3	3.2	4.7

（1）為提高酸浸速率，除適當(dāng)增大硫酸濃度外，還可采取的措施有攪拌、適當(dāng)升溫、將廢渣碾細(xì)成粉末（任寫一條）．
（2）向?yàn)V液Ⅰ中加入H₂O₂的作用是將濾液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺；用CaCO₃調(diào)節(jié)溶液pH約為3.3，其目的是使Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀而除去．
（3）紅色水泥添加劑的主要成分是Fe₂O₃．
（4）物質(zhì)X的化學(xué)式為CaSO₄•2H₂O．
（5）氣體M的電子式為；向?yàn)V液Ⅲ中加入CaO的作用是與水反應(yīng)放熱，降低NH₃的溶解度（任寫一條）．
（6）氮化鋁廣泛用于電子陶瓷等工業(yè)領(lǐng)域，以濾渣Ⅲ、碳及氮?dú)鉃樵�料可制備氮化鋁，用化學(xué)方程式表示制備過程：2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O、Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO．

Answer 1

分析 根據(jù)流程圖：黏土的主要成分為2CaO•3Al₂O₃•FeO•Fe₂O₃•10SiO₂•nH₂O與硫酸反應(yīng)生成硫酸鈣、硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵，加入雙氧水將二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子，加CaCO₃調(diào)節(jié)pH使Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀而除去，得到濾渣Ⅱ?yàn)闅溲趸�鐵，加熱得紅色水泥添加劑的主要成分為Fe₂O₃，濾液Ⅱ中含硫酸鈣、硫酸鋁、加氨水，鋁離子及大量鈣離子轉(zhuǎn)化為沉淀進(jìn)入濾渣Ⅲ，濾液Ⅲ中主要含一水合氨、硫酸銨，加入CaO，與水反應(yīng)放熱，NH₃的溶解度降低，得氣體M為NH₃，濾液含硫酸鈣，蒸發(fā)結(jié)晶得物質(zhì)X為CaSO₄•2H₂O，CaSO₄•2H₂O與石灰石、黏土制水泥，據(jù)此進(jìn)行解答．

解答 解：根據(jù)流程圖：黏土的主要成分為2CaO•3Al₂O₃•FeO•Fe₂O₃•10SiO₂•nH₂O與硫酸反應(yīng)生成硫酸鈣、硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵，加入雙氧水將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加CaCO₃調(diào)節(jié)pH使Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀而除去，得到濾渣Ⅱ?yàn)闅溲趸�鐵，加熱得紅色水泥添加劑的主要成分為Fe₂O₃，濾液Ⅱ中含硫酸鈣、硫酸鋁、加氨水，鋁離子及大量鈣離子轉(zhuǎn)化為沉淀進(jìn)入濾渣Ⅲ，濾液Ⅲ中主要含一水合氨、硫酸銨，加入CaO，與水反應(yīng)放熱，NH₃的溶解度降低，得氣體M為NH₃，濾液含硫酸鈣，蒸發(fā)結(jié)晶得物質(zhì)X為CaSO₄•2H₂O，CaSO₄•2H₂O與石灰石、黏土制水泥，
（1）為提高酸浸速率，即加快反應(yīng)速率，除適當(dāng)增大硫酸濃度外，還可通過攪拌、適當(dāng)升溫、將廢渣碾細(xì)成粉末可加快反應(yīng)速率，
故答案為：攪拌、適當(dāng)升溫、將廢渣碾細(xì)成粉末；
（2）根據(jù)表格中部分難溶物開始沉淀時(shí)和完全沉淀時(shí)的pH，可知要除去Fe²⁺需將其氧化為Fe³⁺，^故向?yàn)V液Ⅰ中加入H₂O₂的作用是過氧化氫具有強(qiáng)氧化性，可將具有還原性的Fe²⁺氧化為Fe³⁺，易于轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃而除去，用CaCO₃調(diào)節(jié)溶液pH約為3.3，其目的是使Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀而除去；
故答案為：將濾液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺；使Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀而除去；
（3）根據(jù)流程圖濾渣Ⅱ?yàn)闅溲趸�鐵，加熱得紅色水泥添加劑的主要成分為Fe₂O₃，
故答案為：Fe₂O₃；
（4）根據(jù)流程圖，物質(zhì)X為B濾液含硫酸鈣經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶所得，且物質(zhì)X與石灰石、黏土制水泥故物質(zhì)X為CaSO₄•2H₂O，
故答案為：CaSO₄•2H₂O；
（5）根據(jù)流程圖濾液Ⅲ中主要含一水合氨、硫酸銨，加入CaO，與水反應(yīng)放熱，NH₃的溶解度降低，得氣體M為NH₃，且氣體M可制得氨水，故氣體M為NH₃，
故答案為：；與水反應(yīng)放熱，降低NH₃的溶解度；
（6）氮化鋁廣泛用于電子陶瓷等工業(yè)領(lǐng)域，以濾渣Ⅲ、碳及氮?dú)鉃樵�料可制備氮化鋁，根據(jù)流程圖濾渣Ⅲ含Al（OH）₃，經(jīng)加熱得Al₂O₃，Al₂O₃，與碳及氮?dú)庵频玫�化鋁及生成CO，
故答案為：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO．

點(diǎn)評 本題考查性質(zhì)方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，涉及氧化還原反應(yīng)、化學(xué)方程式的書寫、電子式、物質(zhì)的分離、除雜、反應(yīng)條件的控制等知識，綜合性較強(qiáng)、知識點(diǎn)較多，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>