Question

12．我國(guó)火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃等．一種利用粉煤灰制取氧化鋁、硫酸鐵溶液、二氧化硅的工藝流程如下：


（1）操作i的名稱為過濾．
（2）工業(yè)上若需加快粉煤灰與NaOH溶液反應(yīng)的浸出速率，可采取的措施有升溫、增加NaOH溶液濃度、將粉煤灰研磨粉碎等（寫兩點(diǎn)即可）．
（3）寫出固體A溶解在稀硫酸中所得溶液與H₂O₂反應(yīng)的離子方程式：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）以上流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是NH₄Cl．填化學(xué)式）．
（5）某科研小組用硫酸作為浸取液，浸取粉煤灰中的鋁元素和鐵元素，在104℃用硫酸浸取時(shí)，鋁的浸取率與時(shí)間的關(guān)系如圖1，適宜的浸取時(shí)間為2 h；鋁的浸取率與的關(guān)系如圖2所示，從浸取率角度考慮，三種助溶劑NH₄F、KF及NH₄F與KF的混合物，在相同時(shí)，浸取率最高的是NH₄F（填化學(xué)式）．
（6）Al/AgO電池是一種新型安全電池，廣泛用于軍事領(lǐng)域，其電池總反應(yīng)為：2Al+3AgO+2OH^-+3H₂O═2[Al（OH）₄]^-+3Ag，則該電池工作時(shí)正極的電極反應(yīng)方程式為AgO+2e^-+H₂O=Ag+2OH^-，若電池產(chǎn)生6mol電子轉(zhuǎn)移，整體上分析電池負(fù)極消耗的OH^-物質(zhì)的量最終為2mol．

Answer 1

分析 粉煤灰（主要成分為SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃等），加入NaOH溶液使SiO₂、Al₂O₃溶解，生成濾液C中含有Na₂SiO₃和NaAlO₂，F(xiàn)e₂O₃、FeO和氫氧化鈉不反應(yīng)，所以固體A為Fe₂O₃、FeO混合物，過濾后，A中加雙氧水和硫酸，雙氧水能氧化亞鐵離子，得溶液B為Fe₂（SO₄）₃溶液，濾液中通入過量鹽酸，得固體D為H₂SiO₃，溶液F為氯化鋁溶液，D煅燒得E為SiO₂，F(xiàn)溶液中通入氨氣得H為氫氧化鋁和溶液J為氯化銨，H煅燒得I為Al₂O₃，據(jù)此答題．
（1）分離固體和液體用過濾操作；
（2）增大反應(yīng)速率可以升高溫度，增大接觸面積，增大濃度等；
（3）過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子；
（4）參與反應(yīng)，過程中又生成的物質(zhì)可以循環(huán)使用；
（5）根據(jù)圖1可知，2h時(shí)鋁的浸出率達(dá)到最大值，所以適宜的浸取時(shí)間為2h，根據(jù)圖2可知，當(dāng)時(shí)，NH₄F助溶劑對(duì)鋁的浸出率最高；
（6）根據(jù)電池總反應(yīng)可知，AgO為電池正極材料，電池工作時(shí)，AgO得到電子生成Ag，其電極反應(yīng)為：AgO+2e^-+H₂O=Ag+2OH^-，有6mol電子轉(zhuǎn)移，則正極生成6molOH^-，負(fù)極電極反應(yīng)為：Al-3e^-+4OH^-=[Al（OH）₄]^-，負(fù)極消耗8molOH^-，據(jù)此分析計(jì)算．

解答 解：粉煤灰（主要成分為SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃等），加入NaOH溶液使SiO₂、Al₂O₃溶解，生成濾液C中含有Na₂SiO₃和NaAlO₂，F(xiàn)e₂O₃、FeO和氫氧化鈉不反應(yīng)，所以固體A為Fe₂O₃、FeO混合物，過濾后，A中加雙氧水和硫酸，雙氧水能氧化亞鐵離子，得溶液B為Fe₂（SO₄）₃溶液，濾液中通入過量鹽酸，得固體D為H₂SiO₃，溶液F為氯化鋁溶液，D煅燒得E為SiO₂，F(xiàn)溶液中通入氨氣得H為氫氧化鋁和溶液J為氯化銨，H煅燒得I為Al₂O₃，
（1）加入過量NaOH溶液后，只有FeO、Fe₂O₃不反應(yīng)，SiO₂與Al₂O₃轉(zhuǎn)化為可溶性的Na₂SiO₃和NaAlO₂，通過過濾實(shí)現(xiàn)FeO、Fe₂O₃分離，所以操作i的名稱為過濾，
故答案為：過濾；
（2）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析，可采取如升溫、增加NaOH溶液濃度、將粉煤灰研磨粉碎等措施，
故答案為：升溫、增加NaOH溶液濃度、將粉煤灰研磨粉碎等；
（3）固體A為FeO、Fe₂O₃，首先FeO和Fe₂O₃溶解在稀硫酸中生成FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃，F(xiàn)e²⁺被H₂O₂氧化生成Fe³⁺：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）根據(jù)流程圖可知，NH₄Cl為可循環(huán)利用物質(zhì)，故答案為：NH₄Cl；
（5）根據(jù)圖1可知，2h時(shí)鋁的浸出率達(dá)到最大值，所以適宜的浸取時(shí)間為2h，根據(jù)圖2可知，當(dāng)時(shí)，NH₄F助溶劑對(duì)鋁的浸出率最高，
故答案為：2； NH₄F；
（6）根據(jù)電池總反應(yīng)可知，AgO為電池正極材料，電池工作時(shí)，AgO得到電子生成Ag，其電極反應(yīng)為：AgO+2e^-+H₂O=Ag+2OH^-，有6mol電子轉(zhuǎn)移，則正極生成6molOH^-，負(fù)極電極反應(yīng)為：Al-3e^-+4OH^-=[Al（OH）₄]^-，負(fù)極消耗8molOH^-，由于正極產(chǎn)生的6molOH^-向著負(fù)極遷移，所以電池最終消耗2molOH^-，也可根據(jù)電池總反應(yīng)得出消耗2molOH^-，
故答案為：AgO+2e^-+H₂O=Ag+2OH^-； 2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離、提純的綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，為高考常見題型，側(cè)重化學(xué)反應(yīng)基本原理、物質(zhì)的性質(zhì)等在化學(xué)與技術(shù)中的綜合應(yīng)用的考查，解題關(guān)鍵在于找準(zhǔn)中間產(chǎn)品和相互交叉的流水生產(chǎn)線，在分析過程中，抓住中間產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)作用，逐一破解，難度中等．