Question

15．用含有A1₂O₃、SiO₂和少量FeO•xFe₂O₃的鋁灰來制備A1₂（SO₄）₃.18H₂O．，工藝流程如下（部分操作和條件略）：
Ⅰ、向鋁灰中加入過量稀H₂SO₄，過濾：
Ⅱ、向濾液中加入過量KMnO₄溶液，調節(jié)溶液的pH約為3；
Ⅲ、加熱，產(chǎn)生大量棕色沉淀，靜置，上層溶液呈紫紅色：
Ⅳ、加入MnSO₄至紫紅色消失，過濾；
Ⅴ、濃縮、結晶、分離，得到產(chǎn)品．
（1）鋁在元素周期表中的位置第三周期ⅢA族；H₂SO₄溶解Al₂O₃的離子方程式是：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O．
（2）寫出Ⅱ中加入過量KMnO₄溶液發(fā)生的離子方程式：5Fe²⁺+8H⁺+MnO₄^-=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．
（3）已知：生成氫氧化物沉淀的pH

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3
開始沉淀時	3.4	6.3	1.5
完全沉淀時	4.7	8.3	2.8

注：金屬離子的起始濃度為0.1mol•L^-1
根據(jù)表中數(shù)據(jù)解釋步驟Ⅱ的目的：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，調節(jié)pH值使鐵元素完全沉淀．
（4）己知：一定條件下，MnO₄^-可與Mn²⁺反應生成MnO₂．
①向Ⅲ的沉淀中加入濃HCI并加熱，能說明沉淀中存在MnO₂的現(xiàn)象是生成黃綠色氣體．
②Ⅳ中加入MnSO₄的目的是除去過量的MnO₄^-．
（5）在該實驗條件下Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，當溶液的pH=3時，溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-5 mol/L．

Answer 1

分析 向鋁灰中加入過量稀H₂SO₄，A1₂O₃和少量FeO•xFe₂O₃和硫酸反應生成硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵，SiO₂不反應，過濾除去二氧化硅；向濾液中加入過量KMnO₄溶液，高錳酸鉀把亞鐵離子氧化成鐵離子，調節(jié)溶液的pH約為3生成氫氧化鐵沉淀，除去鐵離子，過濾，濾液中含鋁離子和過量的高錳酸根離子；加入硫酸錳把過量高錳酸根離子除去，再過濾，對濾液蒸發(fā)濃縮、結晶分離出硫酸鋁晶體．
（1）Al為13號元素；氧化鋁是兩性氧化物溶于強酸強堿；
（2）依據(jù)氧化還原反應電子守恒和原子守恒，結合元素化合價變化分析產(chǎn)物和反應物；
（3）依據(jù)金屬陽離子沉淀開始和完全沉淀需要的溶液PH分析，亞鐵離子被氧化為鐵離子，調節(jié)溶液PH使鐵離子全部沉淀；
（4）①濃鹽酸和二氧化錳再加熱條件下生成黃綠色氣體氯氣；
②加入MnSO₄至紫紅色消失，目的是除去過量高錳酸根離子；
（5）根據(jù)氫氧化鐵的溶度積及pH=3計算出溶液中鐵離子濃度．

解答 解：（1）Al為13號元素，在周期表中位于第三周期第IIIA族；硫酸溶解氧化鋁生成硫酸鋁和水，反應的離子方程式為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
故答案為：第三周期ⅢA族Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（2）反應中MnO₄^-→Mn²⁺，F(xiàn)e²⁺→Fe³⁺，MnO₄^-系數(shù)為1，根據(jù)電子轉移守恒可知，F(xiàn)e²⁺系數(shù)為$\frac{7-2}{3-2}$=5，由元素守恒可知，F(xiàn)e³⁺系數(shù)為5，由電荷守恒可知，由H⁺參加反應，其系數(shù)為8，根據(jù)元素原子守恒可知，有H₂O生成，其系數(shù)為4，方程式配平為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
故答案為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
（3）向濾液中加入過量KMnO₄溶液，目的是氧化亞鐵離子為三價鐵離子，依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析可知，鐵離子開始沉淀和沉淀完全的溶液PH為1.5--2.8，鋁離子和亞鐵離子開始沉淀的溶液PH大于3，所以調節(jié)溶液的pH約為3，可以使鐵離子全部沉淀，鋁離子不沉淀分離；
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，調節(jié)pH值使鐵元素完全沉淀；
（4）一定條件下，MnO₄^-可與Mn²⁺反應生成MnO₂
①向Ⅲ的沉淀中加入濃HCl并加熱，二氧化錳和濃鹽酸在加熱條件下反應生成氯化錳、氯氣和水，生成的氯氣是黃綠色氣體，能說明沉淀中存在MnO₂的現(xiàn)象是生成黃綠色氣體；
故答案為：生成黃綠色氣體；
②MnO₄^-可與Mn²⁺反應生成MnO₂，過濾除去，所以可以利用MnSO₄的溶液和高錳酸鉀溶液反應生成二氧化錳，把過量高錳酸根離子除去；
故答案為：除去過量的MnO₄^-．
（5）氫氧化鐵的溶度積Ksp[Fe（ OH）₃]=4.0×10^-38，pH=3的溶液中，氫氧根離子的濃度為1×10^-11mol/L，
則c（Fe³⁺）=$\frac{4×1{0}^{-38}}{（1×1{0}^{-11}）^{3}}$mol/L=4.0×10^-5mol/L，
故答案為：4.0×10^-5 mol/L．

點評 本題考查了物質的制備流程分析，涉及鎂、鋁、鐵及其化合物性質的應用，主要是混合物分離的方法和實驗設計，加入氧化劑氧化亞鐵離子，調節(jié)溶液PH是沉淀分離是解題的關鍵，題目難度中等．