Question

【題目】粉煤灰是燃煤產(chǎn)生的工業(yè)固體廢料，主要成分有Al2O3、SiO2 ，還含有少量Fe2O3、CaO等。采用酸堿聯(lián)合的方法從粉煤灰中綜合回收氧化鋁及二氧化硅的工藝流程如下：

硫酸熟化過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)有：

Al2O32SiO2 +3H2SO4=Al(SO4)3 +2SiO2 +3H2O

3Al2O32SiO2 +9H2SO4=3Al2( SO4)3 + 2SiO2 +9H2O

(1)“結(jié)晶”操作：緩緩加熱，濃縮至______ ，放置冷卻，得到Al2(SO4)318H2O。

(2)Al2(SO4)318H2O在250 ~300℃下失重40.5%得Al2(SO4)xH2O，x=______。

(3)“還原焙燒”過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________。

(4)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)粗氧化鋁中是否含有Fe2O3： __________。

(5)向硅酸鈉溶液中通入過(guò)量CO2制備白炭黑的化學(xué)方程式為___________。

(6)粗氧化鋁制備冶金級(jí)氧化鋁過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)[ Al(OH)4]- +CO2 =Al(OH)3↓+ HCO3- ，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_______[已知 Al(OH)3+H2O [ Al(OH)4]-+H+ K1 =4×10-13 ；H2CO3H2O +CO2 K2 =600； Kal(H2CO3) =4.2×10-7、Ka2(H2CO3) =5.6×10-11]。

Answer 1

【答案】表面出現(xiàn)結(jié)晶薄膜 3 2Al2(SO4)3+3C2Al2O3+3CO2↑+6SO2↑ 取粗氧化鋁少許于試管中加稀硫酸溶解，靜置，滴加KSCN溶液，若溶液變紅，則粗氧化鋁中含有Fe2O3雜質(zhì) Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O=2NaHCO3+SiO2nH2O↓ 1.75×103

【解析】

粉煤灰主要成分有Al2O3、SiO2 ，還含有少量Fe2O3、CaO等，加入濃硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁，水浸主要得到SiO2高硅渣，濾液經(jīng)過(guò)結(jié)晶脫水得到硫酸鋁，硫酸鋁與焦炭反應(yīng)生成粗氧化鋁，驗(yàn)證粗氧化鋁是否含有氧化鐵，先將物質(zhì)溶于稀硫酸后加KSCN溶液，觀察現(xiàn)象；向硅酸鈉溶液中通入足量二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉和白炭黑SiO2nH2O。

(1)“結(jié)晶”操作：緩緩加熱，濃縮至表面出現(xiàn)結(jié)晶薄膜，放置冷卻，得到Al2(SO4)318H2O；故答案為：表面出現(xiàn)結(jié)晶薄膜。

(2)假設(shè)100gAl2(SO4)318H2O在250 ~300℃下失重40.5%，剩余100g×(140.5%)=59.5g Al2(SO4)xH2O，，解得x=3；故答案為：3。

(3)根據(jù)“還原焙燒”產(chǎn)物之一經(jīng)過(guò)煙氣制酸，硫酸鋁和碳“還原焙燒”生成氧化鋁、二氧化碳和二氧化硫，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al2(SO4)3+3C2Al2O3+3CO2↑+6SO2↑；故答案為：2Al2(SO4)3+3C2Al2O3+ 3CO2↑ + 6SO2↑。

(4)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)粗氧化鋁中是否含有Fe2O3，將粗品溶于稀硫酸中，利用生成的鐵離子與KSCN溶液反應(yīng)是否有紅色物質(zhì)生成；故答案為：取粗氧化鋁少許于試管中加稀硫酸溶解，靜置，滴加KSCN溶液，若溶液變紅，則粗氧化鋁中含有Fe2O3雜質(zhì)。

(5)向硅酸鈉溶液中通入過(guò)量CO2生成碳酸氫鈉和白炭黑SiO2nH2O，其化學(xué)方程式為Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O=2NaHCO3+SiO2nH2O↓；故答案為：Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O = 2NaHCO3+SiO2nH2O↓。

(6)①Al(OH)3+H2O[ Al(OH)4]－+H+，②H2CO3H2O +CO2，③H2CO3HCO3－+H+，根據(jù)蓋斯定律③①②得到[Al(OH)4] － +CO2 =Al(OH)3↓+ HCO3－，方程式相減，平衡常數(shù)相除，因此[Al(OH)4] － +CO2 =Al(OH)3↓+ HCO3－平衡常數(shù)為；故答案為：1.75×103。