Question

硫酸工业中废渣的成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO．某探究性学习小组的同学设计以下实验方案，将硫酸渣中金属元素转化为氢氧化物沉淀分离开来．
已知常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下：

阳离子	Fe3+	Al3+	Mg2+
开始沉淀时的pH	1.9	3.7	9.6
沉淀完全时的pH	3.2	5.2	11.0

（1）固体A溶于NaOH溶液的化学方程式为

 

．
（2）实验室用11． 9mol/L的浓盐酸配制250ml3.0mol/L的稀盐酸，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和量筒外，还需要

 

．
（3）上述流程中的试剂Y最好选用下列中的

 

（选填字母编号）．
A．水    B．氧化镁    C．氨水    D．氢氧化钠
（4）写出溶液D中的金属离子在加入试剂Y时发生反应的离子方程式

 

．
（5）实验室可用大理石和稀盐酸反应制取上述流程中所需的CO₂，仪器如下，装置A产生CO₂，按气流方向连接各仪器接口，顺序为a→

 

，装置C中应盛放的试剂为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：先判断各物质的组成，在根据题目要求分析该题．
硫酸渣的成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，当向硫酸渣中加过量盐酸时，二氧化硅和盐酸不反应，所以固体A是二氧化硅，氧化铁、氧化铝、氧化镁和盐酸反应，所以溶液B的溶质是氯化镁、氯化铁、氯化铝、盐酸；向溶液B中加试剂X并调节溶液的PH值为3.5，结合题意溶液pH=3.5时Fe³⁺已经沉淀完全知，试剂X是能和氯化铁反应生成沉淀的物质且和铝离子反应没有沉淀生成，所以试剂X只能是强碱溶液，固体C是氢氧化铁；向溶液D中加入试剂Y并调节溶液的PH值为13，溶液呈强碱性溶液，铝元素在溶液中以偏铝酸根离子存在，镁离子和氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀，所以固体E是氢氧化镁；溶液F的溶质含有偏铝酸钠和氯化钠，向F溶液中通入过量二氧化碳气体，偏铝酸钠和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，所以G是氢氧化铝．
（1）根据二氧化硅和氢氧化钠的性质写出相应的化学反应方程式．
（2）根据配制一定物质的量浓度溶液的步骤选择所需仪器；
（3）依据阳离子Mg²⁺以氢氧化物形式沉淀所需试剂的选择，根据题给信息和流程可知应该先用氢氧化钠液将Mg²⁺转化成氢氧化镁沉淀析出同时将Al³⁺转化成AlO₂^-；
（4）向溶液D中加入氢氧化钠并调节溶液的PH值为13，溶液呈强碱性溶液，铝元素在溶液中以偏铝酸根离子存在，镁离子和氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀；
（5）依据CO₂气体的实验室制备、除杂、收集方法．学生需根据实验室制备CO₂的原理将所给仪器进行合理地组装．利用大理石和稀盐酸本来反应得到的CO₂气体中会混有HCl气体气质，应通过盛有饱和NaHCO₃溶液的洗气瓶来除去；CO₂气体密度大于空气，应采用向上排空气法集．

解答： 解：硫酸渣的成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，当向硫酸渣中加过量盐酸时，二氧化硅和盐酸不反应，所以固体A是二氧化硅，氧化铁、氧化铝、氧化镁和盐酸反应，所以溶液B的溶质是氯化镁、氯化铁、氯化铝、盐酸；向溶液B中加试剂X并调节溶液的PH值为3.5，结合题意溶液pH=3.5时Fe³⁺已经沉淀完全知，试剂X是能和氯化铁反应生成沉淀的物质且和铝离子反应没有沉淀生成，所以试剂X只能是强碱溶液，固体C是氢氧化铁；向溶液D中加入试剂Y并调节溶液的PH值为13，溶液呈强碱性溶液，铝元素在溶液中以偏铝酸根离子存在，镁离子和氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀，所以固体E是氢氧化镁；溶液F的溶质含有偏铝酸钠和氯化钠，向F溶液中通入过量二氧化碳气体，偏铝酸钠和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，所以G是氢氧化铝．
（1）通过以上分析知，A是二氧化硅，二氧化硅是酸性氧化物，能和强碱反应生成盐和水，
所以反应方程式为：SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O．
故答案为：SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O．
（2）实验室用11.9mol/L的浓盐酸配制250mL3.0mol/L的稀盐酸，要求掌握一定物质的量浓度溶液的配制实验．所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和量筒外，还需要250mL容量瓶和胶头滴管；
故答案为：250mL容量瓶、胶头滴管；
（3）阳离子Mg²⁺以氢氧化物形式沉淀所需试剂，根据题给信息和流程可知应该先用氢氧化钠溶液将Mg²⁺转化成氢氧化镁沉淀析出同时将Al³⁺转化成AlO₂^-溶液；
故答案为：D；
（4）向溶液D中加入氢氧化钠并调节溶液的PH值为13，溶液呈强碱性溶液，铝元素在溶液中以偏铝酸根离子存在，镁离子和氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀，
反应的离子方程式为：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
故答案为：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
（5）利用大理石和稀盐酸反应得到的CO₂气体中会混有HCl气体气质，应通过盛有饱和NaHCO₃溶液的洗气瓶来除去；CO₂气体密度大于空气，应采用向上排空气法集，实验室可用大理石和稀盐酸反应制取上述流程中所需的CO₂，仪器如下，装置A产生CO₂，按气流方向连接各仪器接口，顺序为a→d→e→c→b；
故答案为：d→e→c→b；饱和NaHCO₃溶液．

点评：本题考查了物质的分离与提纯、溶液配制实验过程和仪器选择，掌握物质性质和实验流程分析是解题关键，题目难度中等．