Question

2012年1月，广西河池龙江河段检测出重金属镉离子（Cd²⁺）含量超标，当地政府积极展开治污工作．聚合氯化铝可以将离子状态的镉固化，这是当前可采取治理镉污染的最有效方法．
已知：①煤矸石是煤矿在洗煤和选煤过程中大量排出的固体废弃物，煤矸石主要含Al₂O₃、SiO₂及铁的氧化物．
②聚合氯化铝（[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m（1≤n≤5，m≤10），商业代号PAC）是一种新型、高效絮凝剂和净水剂．
以煤矸石为原料，采用铝盐水解絮凝法，制得聚合氯化铝的工艺流程如图1：

回答下列相关问题：
（1）向反应器中加入混合液（20%的硫酸和盐酸）酸浸，其目的是

 

．
（2）流程中残渣1可用于工业上制取粗硅，写出该反应的化学方程式

 

．
（3）流程中残渣2的主要成分是

 

，确认该成分中阳离子的方法是

 

．
（4）聚合氯化铝除镉的原理是生成了氢氧化铝胶体吸附镉离子，确定已生成氢氧化铝胶体的方法可利用胶体性质中的

 

．
（5）常温下以溶液pH为横坐标，Cd²⁺的除去率为纵坐标，实验结果如图所示，由图2可知，Cd²⁺的除去率最高时，溶液的c（OH^-）=

 

．

Answer 1

分析：（1）氧化铝和铁的氧化物能和酸反应生成可溶性的盐；
（2）高温下，碳和二氧化硅发生置换反应；
（3）铁离子和氢氧根离子反应生成难溶性的氢氧化铁；铁离子能和硫氰根离子反应生成血红色溶液；
（4）胶体能产生丁达尔效应；
（5）c（OH^-）=

KW

c(H+)

．

解答：解：（1）煤矸石中的Al₂O₃及铁的氧化物能和酸反应生成可溶性的盐，二氧化硅属于酸性氧化物，和一般的酸不反应，所以能用酸将氧化铝、铁的氧化物与二氧化硅分开，采用过滤的方法除去二氧化硅，
故答案为：将煤矸石中的Al₂O₃及铁的氧化物转化为盐，与SiO₂分离；
（2）高温下，碳和二氧化硅发生置换反应硅和一氧化碳，反应方程式为SiO₂+2C

高温  .

Si+2CO↑，
故答案为：SiO₂+2C

高温  .

Si+2CO↑；
（3）铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化铁沉淀，所以残渣2是Fe（OH）₃，铁离子和硫氰根离子反应生成络合物而使其溶液呈血红色，所以可以用硫氰化钾溶液检验铁离子，
故答案为：Fe（OH）₃；取试样加入稀硫酸溶解，再加入KSCN溶液；
（4）胶体能产生丁达尔效应，所以确定已生成氢氧化铝胶体的方法可利用胶体性质中的丁达尔效应，
故答案为：丁达尔效应（或丁达尔现象）；
（5）根据图象知，当pH=9时，Cd²⁺的除去率最高，溶液中c（OH^-）=

KW

c(H+)

=

10-14

10-9

mol/L=1×10^-5 mol/L，
故答案为：1×10^-5 mol/L．

点评：本题考查了实验制备方案的设计，涉及离子的检验、pH的计算、物质的分离等知识点，铁离子的检验是学习重点，注意高温下，碳和二氧化硅反应生成一氧化碳而不是二氧化碳，为易错点．