Question

4．鋁灰是電解鋁或鑄造鋁生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的熔渣經(jīng)冷卻加工后的產(chǎn)物，其作用成分為金屬鋁、三氧化二鋁、二氧化硅及少量的氧化亞鐵、氧化鐵等．用鋁灰制備Al₂（SO₄）₃•18H₂O，工藝流程如下（部分操作或條件略）：
Ⅰ．向鋁灰中加入過(guò)量稀硫酸，過(guò)濾；
Ⅱ．向?yàn)V液中加入過(guò)量KMnO₄溶液，然后調(diào)節(jié)溶液的PH約為3；
Ⅲ．加熱，產(chǎn)生大量棕色沉淀，靜置，上層溶液呈紫紅色；
Ⅳ．加入MnSO₄至紫紅色消失，過(guò)濾；
Ⅴ．濃縮、結(jié)晶、分離，得到產(chǎn)品．
已知：生成氫氧化物沉淀與PH的關(guān)系

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3
開(kāi)始沉淀時(shí)	3.4	6.3	1.5
完全沉淀時(shí)	4.7	8.3	2.8

（1）寫出步驟Ⅱ中加入過(guò)量KMnO₄溶液時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
（2）已知：一定條件下，MnO₄^-與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₂．
①向步驟Ⅲ產(chǎn)生的沉淀中加入濃鹽酸并加熱，能說(shuō)明沉淀中存在MnO₂的現(xiàn)象是生成黃綠色氣體．
②Ⅳ中加入MnSO₄的目的是除去過(guò)量的MnO₄^-．
（3）對(duì)Al₂（SO₄）₃粗產(chǎn)品進(jìn)行定量分析，步驟如圖所示：

①操作c是稱量，所需儀器名稱為托盤天平．
②加入試劑b后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．
③配制的Al₂（SO₄）₃的待測(cè)液中c（Al³⁺）=5.0mol/L．（保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 鋁灰加入過(guò)量稀硫酸酸溶過(guò)濾，除去不溶性雜質(zhì)SiO₂，得到濾液中含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺，加入高錳酸鉀溶液調(diào)節(jié)溶液PH氧化亞鐵離子為鐵離子，向?yàn)V液中加入過(guò)量KMnO₄溶液，目的是氧化亞鐵離子為三價(jià)鐵離子，依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析可知，鐵離子開(kāi)始沉淀和沉淀完全的溶液pH為1.5～2.8，鋁離子和亞鐵離子開(kāi)始沉淀的溶液pH大于3，所以調(diào)節(jié)溶液的pH約為3，可以使鐵離子全部沉淀，鋁離子不沉淀分離；向Ⅲ的沉淀中加入濃HCl并加熱，二氧化錳和濃鹽酸在加熱條件下反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，生成的氯氣是黃綠色氣體，加入MnSO₄和過(guò)量的高錳酸鉀溶液反應(yīng)生成二氧化錳沉淀，過(guò)濾得到濾液中主要是鋁離子，經(jīng)過(guò)濃縮、結(jié)晶、分離，得到產(chǎn)品．
（1）MnO₄^-氧化Fe²⁺，Mn元素的化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，F(xiàn)e元素的化合價(jià)由+2價(jià)升高為+3價(jià)，結(jié)合電子、電荷守恒及原子守恒分析；
（2）①濃鹽酸和二氧化錳再加熱條件下生成黃綠色氣體氯氣；
②加入MnSO₄至紫紅色消失，目的是除去過(guò)量高錳酸根離子；
（3）Al₂（SO₄）₃粗產(chǎn)品進(jìn)行定量分析，先將粗產(chǎn)品溶于水，過(guò)濾除去不溶物，取25mL作待測(cè)液，加入氨水生成氫氧化鋁沉淀，過(guò)濾得到氫氧化鋁固體，灼燒后仍為固體，稱量固體用托盤天平，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）MnO₄^-氧化Fe²⁺，Mn元素的化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，F(xiàn)e元素的化合價(jià)由+2價(jià)升高為+3價(jià)，由電子、電荷守恒及原子守恒可知，反應(yīng)為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
故答案為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
（2）①向Ⅲ的沉淀中加入濃HCl并加熱，二氧化錳和濃鹽酸在加熱條件下反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，生成的氯氣是黃綠色氣體，能說(shuō)明沉淀中存在MnO₂的現(xiàn)象是生成黃綠色氣體；
故答案為：生成黃綠色氣體；
②一定條件下，MnO₄^-可與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₂，過(guò)濾除去，所以可以利用MnSO₄的溶液和高錳酸鉀溶液反應(yīng)生成二氧化錳，把過(guò)量高錳酸根離子除去；
故答案為：除去過(guò)量的MnO₄^-；
（3）Al₂（SO₄）₃粗產(chǎn)品進(jìn)行定量分析，先將粗產(chǎn)品溶于水，過(guò)濾除去不溶物，取25mL作待測(cè)液，加入氨水Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，過(guò)濾得到氫氧化鋁固體，灼燒2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3H₂O，稱量Al₂O₃固體用托盤天平，6.4gAl₂O₃的物質(zhì)的量為：n=$\frac{6.4g}{102g/mol}$≈0.06275mol，n[Al₂O₃]=n[Al₂（SO₄）₃]=0.06275mol，配制的Al₂（SO₄）₃的待測(cè)液中c（Al³⁺）=$\frac{0.06275mol×2}{0.025L}$≈5.0mol/L，
故答案為：稱量；托盤天平；Al³⁺+3NH₃•H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了鎂、鋁、鐵及其化合物性質(zhì)的應(yīng)用，主要是混合物分離的方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，加入氧化劑氧化亞鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH是沉淀分離是解題的關(guān)鍵，題目難度中等．