Question

11．某化學興趣小組用鋁土礦（主要成分為Al₂O₃，還含有SiO₂及鐵的氧化物）提取氧化鋁做冶煉鋁的原料，提取的操作過程如圖1所示：

（1）實驗室中制取CO₂時，為了使反應隨開隨用、隨關隨停，應選用如圖2中的裝置C（填字母代號）．
（2）在過濾操作中，除燒杯、玻璃棒外，還需用到的玻璃儀器有漏斗；洗滌沉淀的操作是向漏斗里加入蒸餾水，使水面浸沒沉淀，等水自然流完后，重復2～3次．
（3）實驗室制備氫氧化鋁的方案有多種．現(xiàn)提供鋁屑、氫氧化鈉溶液、稀硫酸三種藥品，若制備等量的氫氧化鋁，請你從藥品用量最少的角度出發(fā)，設計出最佳實驗方案（方案不必給出），寫出此方案中發(fā)生反應的離子方程式2Al+6H⁺═2Al³⁺+3H₂↑、2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O═4Al（OH）₃↓，．此方案中所用藥品的物質(zhì)的量之比n（Al）：n（H₂SO₄）：n（NaOH）=8：3：6．
（4）興趣小組欲對鋁土礦中鐵元素的價態(tài)進行探究：取少量固體，加入過量稀硝酸，加熱溶解；取少許溶液滴加KSCN溶液后出現(xiàn)紅色．由此得出，鐵元素的價態(tài)為+3的結(jié)論．請指出該結(jié)論是否合理并說明理由不合理，稀硝酸有強氧化性，若鐵的價態(tài)為+2價，可被氧化為+3價，同樣與KSCN反應溶液顯紅色．．

Answer 1

分析 由流程可知，加鹽酸，只有SiO₂不反應，氧化鋁、氧化鐵均與鹽酸反應，過濾沉淀為SiO₂；濾液中加過量NaOH，鋁離子轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鈉，鐵離子轉(zhuǎn)化沉淀，過濾后，濾液甲與二氧化碳反應生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉，最后氫氧化鋁分解生成氧化鋁，
（1）制CO₂時為了使反應隨開隨用，隨關隨停，需要應用啟普發(fā)生器的裝置原理，利用止水夾控制氣體壓強，使液體和固體分離停止反應，打開壓強減小液體和固體接觸繼續(xù)反應；
（2）依據(jù)過濾操作和裝置圖分析判斷所需玻璃儀器，在過濾裝置中洗滌沉淀，加入水浸沒沉淀使水自然流下，重復幾次；
（3）依據(jù)設計的實驗方案，結(jié)合反應定量關系分析；
方案①中：2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑、Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
             3   1           1     3        1
即生成1molAl（OH）₃時，消耗3molH⁺、3molOH^-，
方案②中：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、AlO₂^-+H₂O+H⁺=Al（OH）₃↓，
          1    1           1           1       1      1
即生成1molAl（OH）₃時，消耗1molH⁺、1molOH^-，
方案③中：2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑、2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓，
 即生成1molAl（OH）₃時，消耗$\frac{3}{4}$molH⁺、$\frac{3}{4}$molOH^-，
（4）根據(jù)硝酸具有氧化性能氧化亞鐵離子為鐵離子分析；

解答 解：（1）啟普發(fā)生器是隨時進行，隨時停止的裝置，適用于固體和液體不加熱反應生成不溶于水的氣體制備反應，所以制CO₂時為了使反應隨開隨用，隨關隨停應符合啟普發(fā)生器的原理應用，應該選用裝置C，利用止水夾控制氣體壓強，關閉彈簧夾后反應生成的氣體使上部壓強增大，到達一定程度后可把反應液壓回漏斗，使液體和固體分離停止反應，打開壓強減小液體和固體接觸繼續(xù)反應；
故答案為：C；
（2）依據(jù)過濾操作和裝置圖分析判斷所需玻璃儀器，在過濾操作中，除燒杯、玻璃棒外，還需用到的玻璃儀器有漏斗，在過濾裝置中洗滌沉淀，加入水浸沒沉淀使水自然流下，洗滌沉淀的操作是：向漏斗里加入蒸餾水，使水面浸沒沉淀，等水自然流完后，重復2～3次；
故答案為：漏斗，向漏斗里加入蒸餾水，使水面浸沒沉淀，等水自然流完后，重復2～3次；
（3）都生成1molAl（OH）₃時，由反應方程式可知
方案①中：2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑、Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
             3   1           1     3        1
即生成1molAl（OH）₃時，消耗3molH⁺、3molOH^-，
方案②中：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、AlO₂^-+H₂O+H⁺=Al（OH）₃↓，
          1    1           1           1       1      1
即生成1molAl（OH）₃時，消耗1molH⁺、1molOH^-，
方案③中：2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑、2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓，
 即生成1molAl（OH）₃時，消耗$\frac{3}{4}$molH⁺、$\frac{3}{4}$molOH^-，
顯然方案③最好，藥品用量少，操作最為簡單，此方案中所用藥品的物質(zhì)的量之比n（Al）：n（H₂SO₄）：n（NaOH）=1：$\frac{3}{4}$×$\frac{1}{2}$：$\frac{3}{4}$=8：3：6，
故答案為：2Al+6H⁺═2Al³⁺+3H₂↑、2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O═4Al（OH）₃↓，8：3：6；
（4）取少量固體，加入過量稀硝酸，硝酸具有強氧化性，加熱溶解，取少許溶液滴加KSCN溶液后出現(xiàn)紅色，若鐵的價態(tài)為+2價，可被氧化為+3價，同樣與KSCN反應溶液顯紅色；
故答案為：不合理，稀硝酸有強氧化性，若鐵的價態(tài)為+2價，可被氧化為+3價，同樣與KSCN反應溶液顯紅色．

點評 本題考查混合物分離提純方法的綜合應用，為高頻考點，把握流程中的反應及化學反應方程式書寫為解答的關鍵，側(cè)重分析、實驗能力及化學用語的考查，題目難度中等．