Question

18．某地煤矸石經(jīng)預(yù)處理后含SiO₂（ 63%）、Al₂O₃（ 25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物等，一種綜合利用煤矸石的工藝流程如圖所示．

（1）寫出“酸浸”過程中主要反應(yīng)的離子方程式（任寫一個）：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O或Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O．
（2）物質(zhì)X足量時，“轉(zhuǎn)化”過程中發(fā)生反應(yīng)的有關(guān)離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，OH^-+CO₂=HCO₃^-．
（3）已知Fe³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為2.1和3.7，A1³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.1和5.4．為了獲得Al（ OH）₃產(chǎn)品，從煤矸石的鹽酸浸取液開始，若只用CaCO₃一種試劑，后續(xù)的操作過程是加入CaCO₃調(diào)節(jié)pH到3.2，過濾除去Fe（OH）₃，然后再加入cacO，調(diào)節(jié)pHCaCO₃若只Ph到5.4，過濾得到Al（ OH）₃．
（4）以煤矸石為原料還可以開發(fā)其他產(chǎn)品，例如在煤矸石的鹽酸浸取液除鐵后，常溫下向    A1Cl₃飽和溶液中不斷通入HC1氣體，可析出大量A1Cl₃•6H₂O晶體．結(jié)合化學(xué)平衡移動原理解釋析出晶體的原因：AlCl₃飽和溶液中存在溶解平衡AlCl₃•6H₂O（s）?Al³⁺（aq）+3Cl^-（aq）+6H₂O（l），通入HCl氣體使溶液中c（Cl^-）增大，平衡向析出固體的方向移動從而析出AlCl₃晶體．
（5）工業(yè)上電解冶煉鋁的原料用Al₂O₃而不用A1Cl₃其原因是A1Cl₃是共價化合物，熔融時不能導(dǎo)電．電解Al₂O₃冶煉鋁時，陽極材料是石墨或碳，陽極需要定期更換，其原因是電極材料碳和電解過程中生成的氧氣發(fā)生反應(yīng)使電極損耗．

Answer 1

分析 含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物用鹽酸酸浸發(fā)生的反應(yīng)為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；則過濾的溶液為氯化鐵和氯化鋁的溶液，加碳酸鈣消耗溶液中的氫離子使三價鐵離子、三價鋁離子都水解生成氫氧化鐵、氫氧化鋁的沉淀，所以再加入氫氧化鈉，只要氫氧化鋁溶解反應(yīng)為：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，所得溶液為偏鋁酸鈉溶液再通入二氧化碳進一步反應(yīng)又生成氫氧化鋁；
（1）能和酸反應(yīng)的物質(zhì)有氧化鋁和氧化鐵；
（2）根據(jù)碳酸鈣和溶液中的氫離子反應(yīng)生成二氧化碳，過量二氧化碳通入偏鋁酸鈉溶液中反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，二氧化碳和堿反應(yīng)生成碳酸氫根離子；
（3）加入CaCO₃調(diào)節(jié)溶液的pH除去氫氧化鐵；
（4）氯化鋁溶液中水解顯酸性，加入鹽酸中氯化氫抑制氯化鋁水解；
（5）氯化鋁是共價化合物熔融時不能產(chǎn)生自由移動的離子，所以不能導(dǎo)電，電極材料選擇惰性電極石墨，電極氧化鋁制備鋁，陽極是氧離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，生成的氧氣會和電極材料碳發(fā)生反應(yīng)．

解答 解：含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物用鹽酸酸浸發(fā)生的反應(yīng)為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；則過濾的溶液為氯化鐵和氯化鋁的溶液，加碳酸鈣消耗溶液中的氫離子使三價鐵離子、三價鋁離子都水解生成氫氧化鐵、氫氧化鋁的沉淀，所以再加入氫氧化鈉，只要氫氧化鋁溶解反應(yīng)為：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，所得溶液為偏鋁酸鈉溶液再通入二氧化碳進一步反應(yīng)又生成氫氧化鋁；
（1）氧化鋁和氧化鐵都能和鹽酸反應(yīng)生成鹽和水，反應(yīng)方程式分別是：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O或Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）氯化鋁和氯化鐵水解都生成鹽酸，碳酸鈣和鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣和二氧化碳，所以物質(zhì)X是二氧化碳，過量二氧化碳和偏鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，過量的二氧化碳和堿反應(yīng)生成碳酸氫鹽，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，OH^-+CO₂=HCO₃^-；
故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，OH^-+CO₂=HCO₃^-；
（3）Fe³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為2.1和3.2，Al³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.1和5.4，要使鐵離子完全沉淀而鋁離子不沉淀，則溶液的PH應(yīng)該為3.2，過濾氫氧化鋁沉淀時調(diào)節(jié)溶液pH為5.4，以使氫氧化鋁完全沉淀，
故答案為：加入CaCO₃調(diào)節(jié)pH到3.2，過濾除去Fe（OH）₃；
（4）氯化鋁在溶液中存在溶解平衡，AlCl₃•6H₂O（s）?Al³⁺（aq）+3Cl^-（aq）+6H₂O（l），通入氯化氫后溶液中氯離子濃度增大，抑制氯化鋁溶解，所以促進氯化鋁晶體析出；
故答案為：AlCl₃飽和溶液中存在溶解平衡AlCl₃•6H₂O（s）?Al³⁺（aq）+3Cl^-（aq）+6H₂O（l），通入HCl氣體使溶液中c（Cl^-）增大，平衡向析出固體的方向移動從而析出AlCl₃晶體；
（5）氯化鋁是共價化合物熔融時不能產(chǎn)生自由移動的離子，所以不能導(dǎo)電，電極材料選擇惰性電極石墨，電極熔融氧化鋁制備鋁，陽極是氧離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，生成的氧氣在高溫下會和電極材料碳發(fā)生反應(yīng)，電極損耗，需要定期更換；
故答案為：AlCl₃是共價化合物，熔融時不能導(dǎo)電；石墨或碳；電極材料碳和電解過程中生成的氧氣發(fā)生反應(yīng)使電極損耗．

點評 本題以工藝流程為載體考查了溶解平衡原理、物質(zhì)間的反應(yīng)、除雜、電解原理分析判斷、鹽類水解的影響因素等知識點，這種題型是高考常考題型，綜合性較強，涉及知識面較廣，用教材基礎(chǔ)知識采用知識遷移的方法分析解答，難度中等．