Question

13．土壤是人類賴以生存的最基本物質，以黏土為原料生產的產品伴隨著人類文明的腳步．皖北名勝皇藏峪的黏土，水浸不塌，是生產無機非金屬材料的優(yōu)質原料．某興趣小組以當地黏土為原料探究彩色水泥、輕質耐火材料的聯合生產，其設計的流程如圖所示．
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和完全沉淀時的pH如表所示．

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

（1）為提高酸浸速率，除適當增大硫酸濃度外，還可采取的措施有攪拌、適當升溫或將研磨黏土（任寫一條）．
（2）向濾液Ⅰ中加入H₂O₂的作用是將濾液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺；用CaCO₃調節(jié)溶液pH約為3.3，其目的是使Fe³⁺完全轉化為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X的化學式為CaSO₄•2H₂O．
（5）氣體M的電子式為；向濾液Ⅲ中加放CaO的作用是與水反應放熱，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)領域，以濾渣Ⅲ、碳及氮氣為原料可制備氮化鋁，用化學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 根據流程圖：黏土的主要成分為2CaO•3Al₂O₃•FeO•Fe₂O₃•10SiO₂•nH₂O與硫酸反應生成硫酸鈣、硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵，加入雙氧水將二價鐵離子氧化為三價鐵離子，加CaCO₃調節(jié)pH使Fe³⁺完全轉化為Fe（OH）₃沉淀而除去，得到濾渣Ⅱ為氫氧化鐵，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化為沉淀進入濾渣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)結晶得物質X為CaSO₄•2H₂O，CaSO₄•2H₂O與石灰石、黏土制水泥．

解答 解：根據流程圖：黏土的主要成分為2CaO•3Al₂O₃•FeO•Fe₂O₃•10SiO₂•nH₂O與硫酸反應生成硫酸鈣、硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵，加入雙氧水將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加CaCO₃調節(jié)pH使Fe³⁺完全轉化為Fe（OH）₃沉淀而除去，得到濾渣Ⅱ為氫氧化鐵，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化為沉淀進入濾渣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)結晶得物質X為CaSO₄•2H₂O，CaSO₄•2H₂O與石灰石、黏土制水泥．
（1）為提高酸浸速率，即加快反應速率，除適當增大硫酸濃度外，還可通過攪拌、適當升溫、將廢渣碾細成粉末可加快反應速率，
故答案為：攪拌、適當升溫、將廢渣碾細成粉末；
（2）根據表格中部分難溶物開始沉淀時和完全沉淀時的pH，可知要除去Fe²⁺需將其氧化為Fe³⁺，^故向濾液Ⅰ中加入H₂O₂的作用是過氧化氫具有強氧化性，可將具有還原性的Fe²⁺氧化為Fe³⁺，易于轉化為Fe（OH）₃而除去，用CaCO₃調節(jié)溶液pH約為3.3，其目的是使Fe³⁺完全轉化為Fe（OH）₃沉淀而除去；
故答案為：將濾液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺；使Fe³⁺完全轉化為Fe（OH）₃沉淀而除去；
（3）根據流程圖濾渣Ⅱ為氫氧化鐵，加熱得紅色水泥添加劑的主要成分為Fe₂O₃，
故答案為：Fe₂O₃；
（4）根據流程圖，物質X為B濾液含硫酸鈣經蒸發(fā)結晶所得，且物質X與石灰石、黏土制水泥故物質X為CaSO₄•2H₂O，
故答案為：CaSO₄•2H₂O；
（5）根據流程圖濾液Ⅲ中主要含一水合氨、硫酸銨，加入CaO，與水反應放熱，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)領域，以濾渣Ⅲ、碳及氮氣為原料可制備氮化鋁，根據流程圖濾渣Ⅲ含Al（OH）₃，經加熱得Al₂O₃，Al₂O₃，與碳及氮氣制得氮化鋁及生成CO，
故答案為：Al₂O₃+N₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2AlN+3CO．

點評 本題為工藝流程題，考查范圍廣，內容包括氧化還原反應、化學方程式的書寫、電子式、物質的分離、除雜、反應條件的控制等，綜合性較強，有一定的難度．