Question

工業(yè)生產(chǎn)無鐵硫酸鋁，以硫酸浸取鋁土礦得含鐵（Fe²⁺和Fe³⁺）的硫酸鋁溶液，加熱到一定溫度，攪拌，加入一定量高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液，在溶液中生成活性二氧化錳，調(diào)節(jié)溶液的pH，反應(yīng)一段時(shí)間，F(xiàn)e（OH）₃和二氧化錳發(fā)生吸附共沉作用，最終得到無鐵硫酸鋁產(chǎn)品．

（1）KMnO₄首先將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，其本身被還原為MnO₂，反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（2）寫出高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．實(shí)驗(yàn)證明，

n(MnO2)

n(Fe)

控制在4：1時(shí)，除鐵效果較好．若溶液中亞鐵離子和鐵離子濃度均為0.03mol/L，為達(dá)到較好的除鐵效果，每1L溶液應(yīng)加入高錳酸鉀的物質(zhì)的量為

 

．
（3）調(diào)節(jié)pH的作用是

 

．
（4）操作2的名稱為

 

．
（5）下列有關(guān)工藝的說法正確的是

 

．（填字母序號(hào)）
A．溶液的pH越大，則除鐵效果越好，但同時(shí)會(huì)影響硫酸鋁的產(chǎn)率
B．活性二氧化錳生成量應(yīng)適宜，不足時(shí)鐵的去除率較低，過量時(shí)會(huì)增加成本
C．可以直接向溶液中加入二氧化錳粉末以除去Fe（OH）₃．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：工業(yè)生產(chǎn)無鐵硫酸鋁，以硫酸浸取鋁土礦得含鐵（Fe²⁺和Fe³⁺）的硫酸鋁溶液，加熱到一定溫度，攪拌，加入一定量高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液，在溶液中生成活性二氧化錳，調(diào)節(jié)溶液的pH，反應(yīng)一段時(shí)間，F(xiàn)e（OH）₃和二氧化錳發(fā)生吸附共沉作用，最終得到無鐵硫酸鋁產(chǎn)品；
（1）KMnO₄首先將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，其本身被還原為MnO₂，依據(jù)原子守恒和電荷守恒書寫離子方程式；
（2）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)升降相等，可寫出化學(xué)方程式為2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄；結(jié)合離子方程式和化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算；
（3）鐵離子易發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鐵；
（4）操作1為過濾，操作2為蒸發(fā)結(jié)晶；
（5）A．氫氧化鈉與硫酸鋁反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀；
B．活性二氧化錳不足時(shí)鐵的去除率較低；
C．直接向溶液中加入二氧化錳粉末吸附作用太低；

解答： 解：（1）KMnO₄首先將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，其本身被還原為MnO₂，依據(jù)原子守恒和電荷守恒書寫離子方程式為：MnO₄^-+3Fe²⁺+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O，
故答案為：MnO₄^-+3Fe²⁺+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O；
（2）由題意可知高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液反應(yīng)生成活性二氧化錳，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)升降相等，可寫出化學(xué)方程式為2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄，若溶液中亞鐵離子和鐵離子濃度均為0.03mol/L，溶液中含有Fe²⁺物質(zhì)的量為0.03mol，調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子全部沉淀，n（Fe）=0.06mol
   MnO₄^-+3Fe²⁺+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O，
0.01mol 0.03mol          0.01mol

n(MnO2)

n(Fe)

控制在4：1時(shí)，除鐵效果較好．則n（MnO₂）=0.06mol×4=0.24mol；
反應(yīng)中生成二氧化錳物質(zhì)的量=0.24mol-0.01mol=0.23mol，消耗高錳酸鉀物質(zhì)的量：
2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄，
 2                 5
n                 0.23mol
n=0.0.092mol              
為達(dá)到較好的除鐵效果，每1L溶液應(yīng)加入高錳酸鉀的物質(zhì)的量=0.092mol+0.01mol=0102mol；
故答案為：2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O=5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄；0.102mol；
（3）鐵離子易發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鐵，當(dāng)調(diào)節(jié)溶液PH，使溶液PH增大時(shí)，易使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去，
故答案為：使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去；
（4）根據(jù)題中信息，反應(yīng)一段時(shí)間，二氧化錳和Fe （OH） ₃發(fā)生吸附共沉作用，可知操作1為過濾，操作2為過濾后，濾液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌；
故答案為：過濾，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌；
（5）A．如果溶液的堿性太強(qiáng)，會(huì)與硫酸鋁反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀而導(dǎo)致產(chǎn)率較低，故A錯(cuò)誤；
B．活性二氧化錳不足時(shí)不能完全除去氫氧化鐵，鐵的去除率較低，過量時(shí)會(huì)增加成本，故B正確；
C．直接向溶液中加入二氧化錳粉末吸附作用太低，故C錯(cuò)誤．
故答案為：B．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，設(shè)計(jì)物質(zhì)的制備流程、離子方程式的書寫、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的分離和提純等問題，但題目難度中等，本題注意把握制備原理和實(shí)驗(yàn)流程．