Question

【题目】粉煤灰（主要含有 SiO2、Fe2O3、Al2O3 等）是燃煤发电过程中产生的废渣，粉煤灰的综合利用具有 很大的价值。

Ⅰ．研究人员通过实验对粉煤灰中铝和铁元素的分离工艺进行了研究。

（1）以硫酸溶液分解粉煤灰，使其中的铝、铁元素溶出，过滤实现初步分离。

①写出硫酸溶液与 Fe2O3 反应的离子方程式_____。

②初步分离得到的滤渣主要成分是_____。

（2）向（1）分离所得的滤液中加入还原剂使 Fe3+转化为 Fe2+，结合下表分析其原因____。

物质	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Al(OH)3
沉淀区间（pH）	7.06~8.95	1.94~3.20	3.69~4.8

（3）使用碱性较弱的氨水为pH调节剂，进行分离实验。

①氨水使滤液中铝离子沉淀的离子方程式为_____。

②反应终点的pH对铝和铁分离效果的影响如下图。根据实验结果，为达到好的分离效果，反应过程中控制pH的 范围是______________，选择该范围的理由是___________________。

Ⅱ．NH4HSO4和H2SO4按物质的量比1∶1混合配制成浸取液，220℃时，可将高铝粉煤灰中Al2O3转化为硫酸铝铵 [NH4Al(SO4)2]，然后分离、煅烧获得纯Al2O3。 已知硫酸铝铵：①溶解度：0℃时，S＝5.2g；100℃时，S＝421.9g。②280℃时分解。

（1）依据资料可知，将硫酸铝铵与其他溶质分离的方法是_____。

（2）煅烧 NH4Al(SO4)2 同时得到混合气体（NH3、N2、SO2、SO3、H2O）。若 16 mol 混合气体按如下装置被完全吸收制得浸取液，请将下图中试剂（化学式）及其物质的量补充完整。____________，___________

4NH4Al（SO4）2 2Al2O3+5SO3↑+3SO2↑+2NH3↑+N2↑+5H2O↑

Answer 1

【答案】6H＋＋Fe2O32Fe3＋＋3H2OSiO2Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀的pH相近，不易通过沉淀分离3NH3·H2O＋Al3+Al(OH)3↓＋3NH4+略小于5铝元素沉淀较多，铁元素还没有开始大量的沉淀冷却、结晶试剂Y：O2试剂X及其物质的量：含2mol溶质的氨水

【解析】

Ⅰ.（1）①硫酸与氧化铁反应生成硫酸铁和水，离子方程式为：6H＋＋Fe2O32Fe3＋＋3H2O；综上所述，本题答案是：6H＋＋Fe2O32Fe3＋＋3H2O。

②硫酸将氧化铁和氧化铝溶解，生成铁离子和铝离子，二氧化硅不与硫酸反应，初步分离得到的滤渣主要成分是SiO2；综上所述，本题答案是：SiO2。

（2）Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀的pH相近，不易通过沉淀分离，将Fe3＋转化为Fe2＋后，Fe(OH)2的沉淀pH与Al(OH)3相差较大，便于分离；综上所述，本题答案是：Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀的pH相近，不易通过沉淀分离。

（3）①一水合氨是弱碱，与铝离子反应生成氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式为：3NH3·H2O＋Al3+Al(OH)3↓＋3NH4+；综上所述，本题答案是：3NH3·H2O＋Al3+Al(OH)3↓＋3NH4+。

②由图可知：pH略小于5时，Al的沉淀率较高（接近90%），而Fe的沉淀率较低（小于10%），当pH大于5时，Fe的沉淀率突然增大，且Al的沉淀率无明显变化，所以反应过程中控制pH略小于5；综上所述，本题答案是：略小于5，铝元素沉淀较多，铁元素还没有开始大量的沉淀。

Ⅱ.（1）根据NH4Al(SO4)2 在0℃和100℃时溶解度变化可知NH4Al(SO4)2 的溶解度受温度影响较大，温度较低时溶解度较低，选用冷却、结晶的方法将NH4Al(SO4)2 与其他溶质分离；综上所述，本题答案是：冷却、结晶。

（2）根据已知可知浸取液中硫元素的存在形式为SO42-；由图可知最终排放的气体只有N2，则其他气体均被吸收，且硫元素最终转化为SO42-，把SO2氧化为SO42-，所以气体Y是O2；根据化合价升降守恒，煅烧NH4Al(SO4)2 的化学方程式为: 4NH4Al（SO4）2 2Al2O3+5SO3↑+3SO2↑+2NH3↑+N2↑+5H2O↑；据以上反应可知4mol NH4Al（SO4）2煅烧生成16mol气体，其中3molSO2 、5molSO3溶于水后，经过氧气氧化，最终溶液中含有8mol SO42-；2molNH3通入瓶中，最终转化为2molNH4+，又因为NH4HSO4和H2SO4按照物质的量比1:1配成浸取液，根据SO42-的物质的量可知，共需要4molNH4HSO4，除去氨气转化生成的2molNH4+，还需要2molNH4+，因此加入的试剂X是含2mol溶质的氨水；综上所述，本题答案是：试剂Y：O2；试剂X及其物质的量：含2mol溶质的氨水。