Question

8．榴石礦石可以看作CaO、Fe₂O₃、A1₂O₃、SiO₂組成，由榴石礦石制取氯化鈣和氧化鋁的實驗步驟如圖1：

（1）榴石礦加鹽酸溶解后，溶液里除了Ca²⁺外，還含有的金屬離子是Fe³⁺、Al³⁺．
（2）對溶液進(jìn)行操作時，控制溶液pH=9～10（有關(guān)氫氧化物沉淀的pH見下表）NaOH不能過量，若NaOH過量可能會導(dǎo)致Al（OH）₃溶解，Ca（OH）₂沉淀．

氫氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Ca（OH）2
開始沉淀pH	1.5	3.3	12.0

（3）①某同學(xué)在實驗室中用圖2甲裝置制取CO₂氣體并通入溶液圖2乙中，結(jié)果沒有沉淀產(chǎn)生，可能的原因是鹽酸揮發(fā)，制取的二氧化碳中含有鹽酸；為了能產(chǎn)生沉淀該同學(xué)對圖甲裝置進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)的方法為在甲與乙之間加一盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣瓶．
②若將二氧化碳?xì)怏w通人澄清石灰水中，石灰  水變渾濁，混合體系中除存在電離平衡、水解平衡外，還存在溶解平衡，用方程式表示CaCO₃（s）?Ca²⁺（aq）+CO₃^2-（aq）．

Answer 1

分析 CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應(yīng)溶解，而SiO₂和HCl不反應(yīng)，不能溶解，此時溶液中除了Ca²⁺外，還含有Fe³⁺、Al³⁺雜質(zhì)，需除去Fe³⁺、Al³⁺但不能損失Ca²⁺，加NaOH，F(xiàn)e³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓、Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，除去Fe³⁺、Al³⁺，加NaOH需將溶液的pH控制在9～10，否則氫氧化鈣沉淀，過濾得沉淀氫氧化鋁和氫氧化鐵的混合物，然后向混合體系中加入過量的氫氧化鈉，氫氧化鋁溶解得到偏鋁酸鹽，向濾液中通入過量的二氧化碳?xì)怏w得氫氧化鋁沉淀，然后灼燒得到氧化鋁；
（1）榴石礦可以看做CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，榴石礦加鹽酸溶解后，CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應(yīng)溶解，而SiO₂和HCl不反應(yīng)，不能溶解；
（2）當(dāng)NaOH過量時，溶液堿性增強(qiáng)，Al（OH）₃會溶解，從氫氧化物沉淀的pH表中可看出，Ca（OH）₂在pH為12時開始沉淀，所以堿性增強(qiáng)Ca（OH）₂會沉淀；
（3）①濃鹽酸易揮發(fā)出氯化氫氣體溶于水得到稀鹽酸，可以和難溶于水的碳酸鈣反應(yīng)生成易溶于水的氯化鈣；在實驗裝置甲和裝置乙之間增加除去CO₂中含有HCl氣體的裝置，根據(jù)NaHCO₃溶液能與HCl氣體反應(yīng)，而不與二氧化碳反應(yīng)分析；
②根據(jù)沉淀溶解平衡的書寫方法寫出，注意固體稀溶液的標(biāo)注方法．

解答 解：（1）榴石礦加鹽酸溶解，CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應(yīng)溶解，反應(yīng)方程式分別為：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，以沉淀的形式除去，故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）由（1）知，此時溶液中除了Ca²⁺外，還含有Fe³⁺、Al³⁺雜質(zhì)，需除去Fe³⁺、Al³⁺但不能損失Ca²⁺，加NaOH，F(xiàn)e³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓、Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，除去Fe³⁺、Al³⁺，加NaOH需將溶液的pH控制在9～10，若pH過高，會導(dǎo)致生成的Al（OH）₃發(fā)生反應(yīng)Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O溶解，Ca（OH）₂在pH為12時開始沉淀，所以堿性增強(qiáng)Ca（OH）₂會沉淀，同時Ca²⁺也因轉(zhuǎn)化為沉淀而損失，
故答案為：Al（OH）₃；Ca（OH）₂；
（3）①實驗室通常用稀鹽酸與大理石（或石灰石）反應(yīng)制取二氧化碳，反應(yīng)的方程式：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑，因鹽酸易揮發(fā)出，鹽酸是強(qiáng)酸，通入裝置乙中的二氧化碳中含有鹽酸，溶于水得到稀鹽酸可以和難溶于水的碳酸鈣反應(yīng)生成易溶于水的氯化鈣，所以沒有沉淀產(chǎn)生，在實驗裝置甲和裝置乙之間增加除去CO₂中含有HCl氣體的裝置，NaHCO₃溶液能與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈉、水和二氧化碳，在除去氯化氫的同時增加了二氧化碳的量，
故答案為：鹽酸揮發(fā)，制取的二氧化碳中含有鹽酸；在甲與乙之間加一盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣瓶；
②將二氧化碳?xì)怏w通入澄清石灰水中，石灰水變渾濁，得到碳酸鈣沉淀，碳酸鈣的溶解平衡為CaCO₃（s）?Ca²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），
故答案為：CaCO₃（s）?Ca²⁺（aq）+CO₃^2-（aq）．

點評 本題主要考查了元素化合物中金屬鋁、鐵、非金屬碳的性質(zhì)，解題時不僅需熟知物質(zhì)間的反應(yīng)原理，還需靈活運用于實驗的設(shè)計，題目難度中等．