Question

5．无铁硫酸铝是制造高档纸张和高级织物的重要原材料，制取无铁硫酸铝的工艺流程如图所示．铝土矿酸溶后得到含铁（Fe²⁺和Fe³⁺）的硫酸铝溶液，再经过后续加工，最终得到成品无铁硫酸铝（溶液中各种金属离子开始沉淀和沉淀完全时的pH见表）．

	开始	完全
Fe2+	7.6	9.7
Fe3+	2.7	3.7
Al3+	3.3	5.0
Mn2+	8.3	9.8

（1）试剂X可以用下列试剂中的a（填编号）
a．铝土矿粉      b．氢氧化钠         c．氧化钙
（2）生产中控制pH为3而不大于3的原因是pH超过3.3将导致Al³⁺沉淀，降低成品产量；
（3）操作I的名称蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤；
（4）除铁时，必须先加入高锰酸钾溶液，目的是把Fe²⁺转化为Fe³⁺；高锰酸钾溶液和硫酸锰溶液反应生成活性二氧化锰，写出反应的化学方程式2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O═5MnO₂↓+2H₂SO₄+K₂SO₄；
（5）滤渣的含铁成分是Fe（OH）₃，用离子方程式表示其成因Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；
（6）活性二氧化锰能和Fe（OH）₃发生吸附共沉作用，用化学平衡理论解释活性二氧化锰的作用吸附Fe（OH）₃，促使Fe³⁺水解而充分沉淀（或促使水解平衡正向移动）．

Answer 1

分析 工业生产无铁硫酸铝，以硫酸浸取铝土矿得含铁（Fe²⁺和Fe³⁺）的硫酸铝溶液，再加入铝土矿调节PH值至3，部分三价铁离子沉淀，再加入一定量高锰酸钾溶液和硫酸锰溶液，在溶液中生成活性二氧化锰，二价铁离子被氧化成三价铁，反应一段时间，Fe（OH）₃和二氧化锰发生吸附共沉作用，最终得到无铁硫酸铝产品．
（1）加氢氧化钠和氧化钙会引入杂质且会将溶液中的金属离子沉淀下来；
（2）pH超过3.3将导致Al³⁺沉淀，降低成品产量；
（3）根据题中信息，可知操作1为蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤；
（4）根据表中数据可知，加入高锰酸钾的目的是把Fe²⁺转化为Fe³⁺，再调节PH值就可将铁除去；由题意可知高锰酸钾溶液和硫酸锰溶液反应生成活性二氧化锰，根据氧化还原反应中化合价升降相等，可写出化学方程式；
（5）铁离子易发生水解反应生成氢氧化铁，则滤渣的含铁成分是氢氧化铁；
（6）活性二氧化锰能吸附Fe（OH）₃，促使Fe³⁺水解彻底．

解答 解：（1）为了不引入杂质用铝土矿，氢氧化钠和氧化钙会引入杂质且会将溶液中的金属离子沉淀下来，
故答案为：a；
（2）生产中控制pH为3而不大于3的原因是pH超过3.3将导致Al³⁺沉淀，降低成品产量，故答案为：pH超过3.3将导致Al³⁺沉淀，降低成品产量；
（3）根据题中信息，可知操作1为蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤；
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤；
（4）根据表中数据可知，除铁时，将二价铁转化成三价铁，再调节PH值就可将铁除去，否则在保留铝离子时，溶液中会存在二价铁，则加入高锰酸钾的目的是把Fe²⁺转化为Fe³⁺；由题意可知高锰酸钾溶液和硫酸锰溶液反应生成活性二氧化锰，根据氧化还原反应中化合价升降相等，可写出化学方程式为2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O═5MnO₂↓+2H₂SO₄+K₂SO₄，
故答案为：把Fe²⁺转化为Fe³⁺；2KMnO₄+3MnSO₄+2H₂O═5MnO₂↓+2H₂SO₄+K₂SO₄；
（5）铁离子易发生水解反应生成氢氧化铁，则滤渣的含铁成分是氢氧化铁，水解离子方程式为Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，
故答案为：Fe（OH）₃；Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；
（6）活性二氧化锰能吸附Fe（OH）₃，促使Fe³⁺水解彻底而充分沉淀（或促使水解平衡正向移动），
故答案为：吸附Fe（OH）₃，促使Fe³⁺水解而充分沉淀（或促使水解平衡正向移动）．

点评 本题考查较为综合，设计物质的制备流程、方程式的书写、氧化还原反应、物质的分离和提纯等问题，题目难度中等，注意把握制备原理和实验流程．