Question

14．实验室通常用粗铝（含有铁等杂质）和稀硫酸反应制氢气，得到的制氢废液中含有大量的硫酸铝及混有一定量的硫酸亚铁．某校化学兴趣小组的同学以制氢废液为原料来制取Al₂（SO₄）₃•18H₂O．实验流程如下图所示：

已知：开始生成氢氧化物沉淀到沉淀完全的pH范围分别为：Fe（OH）₃：2.7-3.7
Fe（OH）₂：7.6-9.6  Al（OH）₃：3.7-4.7试回答下列问题：
（1）加入的试剂①，供选择使用的有：氨水、NaClO溶液、20%的H₂O₂、浓硫酸、浓硝酸等，最好选用20%的H₂O₂，其理由是将制氢废液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，同时避免引入新的杂质；
（2）加入的试剂②，供选择使用的有：a、Al₂O₃，b、氨水，c、Al（OH）₃，d、Al₂（SO₄）₃，等，可选用
ac（用字母序号表示）；
（3）从晶体1→晶体2，该过程的名称是重结晶；（填“结晶”或“重结晶”）
（4）在得到十八水硫酸铝时，向晶体中加入少量酒精洗涤的目的为了冲洗掉晶体表面的杂质离子；不用水洗涤的原因是防止晶体溶解，影响产率．
（5）滤液B与过量NaOH反应的离子方程式为Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．

Answer 1

分析 制氢废液中含有大量的硫酸铝及混有一定量的硫酸亚铁，为了将铁元素除去，试剂①是氧化剂，将亚铁离子氧化成铁离子，试剂②是调节pH值，得沉淀C为氢氧化铁，滤液B为硫酸铝溶液，结过结晶分离得硫酸铝晶体，再结过重结晶提纯，再用酒精洗涤得Al₂（SO₄）₃•18H₂O，
（1）依据流程分析判断，试剂1是为了把亚铁离子氧化为铁离子，在PH=2.7-3．可以全部沉淀，其他离子不沉淀，同时加入的试剂不能引入新的杂质；
（2）试剂2是用来调节溶液PH到3.7，目的让铁离子全部沉淀，除杂实验不能引入新的杂质；
（3）晶体重新结晶的过程是物质提纯的方法是重结晶；
（4）洗涤晶体表面的杂质离子，同时减少皓钒晶体的损失；
（5）依据流程分析判断，制氢废液中含有大量的硫酸铝及混有一定量的硫酸亚铁，A中加入试剂是为了把亚铁离子氧化为铁离子，所以溶液B中含有Fe³⁺、Al³⁺，调节溶液PH到3.7后，铁离子沉淀完全，滤液B中含有Al³⁺，与过量氢氧化反应生成偏铝酸钠．

解答 解：制氢废液中含有大量的硫酸铝及混有一定量的硫酸亚铁，为了将铁元素除去，试剂①是氧化剂，将亚铁离子氧化成铁离子，试剂②是调节pH值，得沉淀C为氢氧化铁，滤液B为硫酸铝溶液，结过结晶分离得硫酸铝晶体，再结过重结晶提纯，再用酒精洗涤得Al₂（SO₄）₃•18H₂O，
（1）化学实验室通常用粗锌和稀硫酸反应制氢气，因此在制氢废液中含有大量的硫酸锌．同时，由于粗锌中还含有铁等杂质，溶于酸后生成亚铁离子锌离子，依据开始生成氢氧化物沉淀到沉淀完全的pH范围分别为：Fe（OH）₃：2.7-3.7Fe（OH）₂：7.6-9.6 Zn（OH）₂：5.7-8，分析判断，直接沉淀亚铁离子，锌离子也会全部全部沉淀，不能实现实验目的和要求，除去亚铁离子需要先把亚铁离子氧化为铁离子，调节溶液PH使三价铁离子全部沉淀，此时锌离子不沉淀，来实现分离，加入的氧化剂不能引入新的杂质，氨水、NaClO溶液、20%的H₂O₂、浓硫酸、浓硝酸中只有20%的H₂O₂ 在氧化亚铁离子不引入杂质，
故答案为：20%的H₂O₂；  将制氢废液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，同时避免引入新的杂质；
（2）试剂2是用来调节溶液PH到3.7，目的让铁离子全部沉淀，除杂实验不能引入新的杂质；
a、Al₂O₃能与酸反应且不引入杂质，故a符合；
b、氨水可以反应调节溶液PH到3.7，使铁离子沉淀，同时引入杂质铵根离子，故b不符合；
c、Al（OH）₃可以反应调节溶液PH到3.7，使铁离子沉淀，同时不引入新的杂质，故c符合；
d、Al₂（SO₄）₃不能调节溶液PH，且引入杂质硫酸根离子，故d不符合；
故答案为：ac；     
（3）晶体溶解再结晶是提纯晶体的方法为重结晶；
故答案为：重结晶；
（4）洗涤晶体表面的杂质离子，同时减少皓钒晶体的损失；在得到皓矾时，向晶体中加入少量酒精洗涤而不用水的原因是，晶体溶于水，不溶于酒精，所以目的是为了冲洗掉晶体表面的杂质离子；防止晶体溶解，影响产率；
故答案为：为了冲洗掉晶体表面的杂质离子；防止晶体溶解，影响产率；
（5）依据流程分析判断，制氢废液中含有大量的硫酸铝及混有一定量的硫酸亚铁，A中加入试剂是为了把亚铁离子氧化为铁离子，所以溶液B中含有Fe³⁺、Al³⁺，调节溶液PH到3.7后，铁离子沉淀完全，滤液B中含有Al³⁺，与过量氢氧化反应生成偏铝酸钠，反应的离子方程式为Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．

点评 本题考查了物质提纯的实验方案设计和试剂选择，关键是除杂原则不能引入新的杂质，考查了铁、锌及其化合物性质的应用，题目难度中等．