Question

4．某地煤矸石經預處理后含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物等，一種綜合利用工藝設計如圖：

（1）“酸浸”過程中主要反應的離子方程式為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O．
（2）“酸浸”時，提高浸出速率的具體措施有增大酸的濃度、升高溫度．（寫出兩個）
（3）“堿溶”的目的是Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，將Al（OH）₃ 轉化為AlO₂^-，以便和Fe（OH）₃分離．物質X的電子式為．該工藝設計中，過量X參與反應的離子方程式是：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃+HCO₃^-．
（4）從流程中分離出來的Fe（OH）₃沉淀可在堿性條件下用KClO溶液處理，制備新型水處理劑高鐵酸鉀（K₂FeO₄），該反應的離子方程式為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．

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又生成氫氧化鋁；
（1）能和酸反應的物質有氧化鋁和氧化鐵，氧化鋁是兩性氧化物，而氧化鐵是堿性氧化物，兩者與酸反應生成鹽和水；
（2）酸浸”時鋁浸出率的影響因素可能是酸的濃度、溫度、反應物的接觸面積、反應時間等都影響反應速率；
（3）氫氧化鋁是兩性氫氧化物和氫氧化鈉能反應生成偏鋁酸鈉而氫氧化鐵不溶于氫氧化鈉；X是碳酸鈣和水解中的氫離子反應生成二氧化碳；過量的二氧化碳和偏鋁酸鈉反應可以制備氫氧化鋁據此書寫反應方程式；
（4）FeCl₃與KClO在強堿性條件下反應生成K₂FeO₄，氯化鉀和水．

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又生成氫氧化鋁；
（1）氧化鋁和氧化鐵都能和鹽酸反應生成鹽和水，反應方程式分別是：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O、Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：Al₂O₃+6H⁺═2Al³⁺+3H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）酸的濃度、溫度、反應物接觸面積、是否充分攪拌、反應時間等都影響反應速率，故答案為：增大酸的濃度；升高溫度；
（3）氯化鋁和氯化鐵水解都生成鹽酸，碳酸鈣和鹽酸反應生成氯化鈣和二氧化碳，所以物質X是二氧化碳，氫氧化鋁和氫氧化鈉溶液反應生成可溶性偏鋁酸鈉而氫氧化鐵不溶于氫氧化鈉，可以利用堿溶分離氫氧化鋁和氫氧化鐵，二氧化碳電子式為，過量的二氧化碳和偏鋁酸鈉反應生成氫氧化鋁和碳酸氫根離子，反應為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃+HCO₃^-，故答案為：發(fā)生反應為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，將Al（OH）₃ 轉化為AlO₂^-，以便和Fe（OH）₃分離；；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃+HCO₃^-；
（4）用FeCl₃與KClO在強堿性條件下反應生成K₂FeO₄，氯化鉀和水，反應的離子方程式為2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，故答案為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．

點評 本題以工藝流程為載體考查了溶解平衡原理、物質間的反應、除雜等知識點，這種題型是高考�？碱}型，綜合性較強，涉及知識面較廣，用教材基礎知識采用知識遷移的方法分析解答，難度中等．