Question

【題目】高純度氧化鋁有廣泛的用途，某研究小組研究用以下流程制取高純度氧化鋁：

（1）“除雜”操作是加入H2O2后，然后用氨水調節(jié)溶液的pH約為8.0，以除去硫酸銨溶液中少量的Fe2+。

①酸性溶液中Fe2+與H2O2反應的離子方程式為___。

②過濾操作中所得到濾渣主要成分的化學式為___。

（2）檢驗上述流程中“過濾”后雜質是否除盡的實驗方法___。

（3）配制硫酸鋁溶液時，需用硫酸酸化的目的是___。

（4）“結晶”操作中，得到銨明礬晶體（NH4Al（SO4）212H2O），采用的操作是___。

（5）銨明礬晶體的化學式為NH4Al（SO4）212H2O，在0.1mol/L銨明礬的水溶液中，c（NH4+）、c（Al3+）、c（SO42﹣）三種離子濃度由大到小的順序為___。

Kb（NH3·H2O）=1.8×10-5KbAl（OH）3=1.38×10-9

（6）向銨明礬溶液中加入過量NaOH溶液，反應的離子方程式為___。

Answer 1

【答案】2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O Fe(OH)3 取少量濾液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，若溶液未變成紅色，說明雜質已經(jīng)除盡，反之則沒有除盡 抑制Al3+的水解 母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮至溶液表面剛好出現(xiàn)薄層晶體即停止加熱，然后冷卻結晶 c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+) Al3++NH4++5OH-===AlO2-+NH3·H2O+2H2O

【解析】

根據(jù)工藝流程分析可知，“除雜”過程中Fe2+先被H2O2氧化為Fe3+，用氨水調節(jié)溶液的pH為8.0，Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀，過濾得到濾渣為Fe(OH)3沉淀，濾液中的主要離子為NH4+、SO42-，向濾液中加入硫酸鋁溶液合成銨明礬，通過結晶析出銨明礬晶體，過濾分離出晶體，再加熱即可得到高純度的氧化鋁，據(jù)此分析回答問題。

(1)①“除雜”過程中Fe2+被酸性條件下的H2O2氧化為Fe3+，由氧化還原反應規(guī)律可的其離子方程式為2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O，故答案為：2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O；

②用氨水調節(jié)溶液的pH為8.0，Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀，反應的離子方程式為Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH4+，則濾渣為Fe(OH)3沉淀，故答案為：Fe(OH)3；

(2)檢驗上述流程中“過濾”后雜質是否除盡，即檢驗Fe3+是否存在，可用KSCN試劑檢驗，方法為：取少量濾液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，若溶液未變成紅色，說明雜質已經(jīng)除盡，反之則沒有除盡，故答案為：取少量濾液于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，若溶液未變成紅色，說明雜質已經(jīng)除盡，反之則沒有除盡；

(3)硫酸鋁溶液中，Al3+發(fā)生水解反應：Al3++3H2OAl(OH)3↓+3H+，加入硫酸酸化可使水解平衡逆向移動，抑制Al3+的水解，故答案為：抑制Al3+的水解；

(4)“結晶”操作中，為避免可溶性雜質析出，Al3+的水解，防止晶體失去結晶水，母液需經(jīng)蒸發(fā)濃縮至溶液表面剛好出現(xiàn)薄層晶體即停止加熱，然后冷卻結晶得到銨明礬晶體，故答案為：母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮至溶液表面剛好出現(xiàn)薄層晶體即停止加熱，然后冷卻結晶；

(5)銨明礬晶體的化學式為NH4Al(SO4)2·12H2O，在0.1mol/L銨明礬的水溶液中，c(SO42-)=0.2mol/L，未水解前c(Al3+)=c(NH4+)=0.1mol/L，由于NH4+和Al3+均水解，且因為Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5>KbAl(OH)3=1.38×10-9，NH3·H2O的堿性大于Al(OH)3的堿性，所以Al3+的水解大于NH4+，則c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+)，故答案為：c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+)；

(6)向銨明礬溶液中加入過量NaOH溶液，Al3+轉化為AlO2-，NH4+轉化為NH3·H2O，反應的離子反應方程式為：Al3++NH4++5OH-===AlO2-+NH3·H2O+2H2O，故答案為：Al3++NH4++5OH-===AlO2-+NH3·H2O+2H2O。