Question

15．铁、铝及其化合物在生活、生产中有着广泛的应用．
Ⅰ．某研究性学习小组对某硫酸亚铁晶体（FeSO₄•xH₂O）热分解进行研究．该小组同学称取a g硫酸亚铁晶体样品按如图图1高温加热，使其完全分解，对所得产物进行探究，并通过称量装置B的质量测出x的值．

（1）装置B中硫酸铜粉末变蓝，质量增加12.6g，说明产物中有水，装置C中高锰酸钾溶液褪色，说明产物中还有二氧化硫．
（2）实验中要持续通入氮气，否则测出的x会偏小（填“偏大”、“偏小”或“不变”）．
（3）硫酸亚铁晶体完全分解后装置A中还残留红棕色固体Fe₂O₃．
（4）从理论上分析得出硫酸亚铁分解还生成另一种物质SO₃，写出FeSO₄分解的化学方程式2FeSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑．
（5）某研究所利用SDTQ 600热分析仪对硫酸亚铁晶体（FeSO₄•xH₂O）进行热分解，获得相关数据，绘制成固体质量--分解温度的关系图如图2．根据两种热分解实验的有关数据，可计算出FeSO₄•xH₂O中的x=7．
Ⅱ．铝元素在自然界中主要存在于铝土矿（主要成分为Al₂O₃，还含有Fe₂O₃、FeO、SiO₂）中．工业上用铝土矿制备铝的某种化合物的工艺流程如下．

（1）在滤液A中加入漂白液，目的是氧化除铁，所得滤液B显酸性．
①检验滤液B中是否还含有铁元素的操作方法为：取少量滤液B，加入KSCN溶液，若不变红，再加入氯水，仍然不变红，说明滤液B中不含铁元素．
②将滤液B中的铝元素以沉淀形式析出，可选用的最好试剂为c（填选项编号）．
a．氢氧化钠溶液      b．硫酸溶液      c．氨水    d．二氧化碳
③由滤液B制备氯化铝晶体涉及的操作为：边滴加浓盐酸边蒸发浓缩、冷却结晶（填操作名称）、过滤、洗涤．
（2）SiO₂和NaOH焙烧制备硅酸钠，可采用的装置为B（填选项编号）．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）二氧化硫能使高锰酸钾溶液褪色；
（2）实验中要持续通入氮气，把水蒸气全部赶出，否则测出的x会偏小；
（4）FeSO₄的分解后装置A中还有残留红棕色固体，即生成了氧化铁，又还生成另一物质SO₃，根据氧化还原反应，还应该有化合价减低的产物SO₂，配平即可；
（5）通过FeSO₄•xH₂O的化学式可知铁原子和水的个数比为1：2x，根据原子守恒计算；
Ⅱ．图示工艺流程为：铝土矿（主要成分为Al₂O₃，还含有Fe₂O₃、FeO、SiO₂）加入稀盐酸，得到滤渣为二氧化硅，滤液中含有铁离子、亚铁离子和铝离子；加入漂白液后亚铁离子氧化成铁离子，铁离子水解生成氢氧化铁沉淀；滤液B为氯化铝溶液；二氧化硫与氢氧化钠在铁坩埚中焙烧生成硅酸钠，
（1）①检验滤液B中是否还含有铁元素的方法为利用铁离子和亚铁离子的检验方法进行检验，先检验是否含铁离子，再检验是否含亚铁离子；
②滤液B中铝元素为氯化铝，依据氢氧化铝溶液强酸强碱，不溶于弱碱选择；
③加入浓盐酸抑制氯化铝的水解，蒸发浓缩冷却结晶，过滤洗涤；
（2）A．蒸发皿中含有二氧化硅和氢氧化钠反应；
B．铁坩埚可以熔融二氧化硅和氢氧化钠；
C．玻璃中含二氧化硅和氢氧化钠反应；
D．瓷坩埚含有二氧化硅和氢氧化钠反应；

解答 解：Ⅰ．（1）二氧化硫能使高锰酸钾溶液褪色，
故答案为：二氧化硫；
（2）实验中要持续通入氮气，把水蒸气全部赶出，否则部分水残留在装置中，会导致测出的x会偏小，
故答案为：偏小；
（4）FeSO₄的分解后装置A中还有残留红棕色固体，即生成了氧化铁，又还生成另一物质SO₃，根据氧化还原反应，还应该有化合价减低的产物SO₂，方程式为2FeSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑，
故答案为：2FeSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑；
（5）通过FeSO₄•xH₂O的化学式可知铁原子和水的个数比为1：2x，
Fe₂O₃～2xH₂O
160     36x
8g     12.6g
x=7
故答案为：7
II．根据流程可知，铝土矿（主要成分为Al₂O₃，还含有Fe₂O₃、FeO、SiO₂）加入稀盐酸，得到滤渣为二氧化硅，滤液中含有铁离子、亚铁离子和铝离子；加入漂白液后亚铁离子氧化成铁离子，铁离子水解生成氢氧化铁沉淀；滤液B为氯化铝溶液；二氧化硫与氢氧化钠在铁坩埚中焙烧生成硅酸钠，
（1）①滤液B中是否还含有铁元素的方法为利用铁离子和亚铁离子的检验方法进行检验，取少量滤液B，加入KSCN溶液，若不变红，再加入氯水，仍然不变红，说明滤液B中不含铁元素，
故答案为：取少量滤液B，加入KSCN溶液，若不变红，再加入氯水，仍然不变红，说明滤液B中不含铁元素；
②滤液中含有的是氯化铝溶液，将滤液B中的铝元素以沉淀形式析出，
a．氢氧化钠溶液可以沉淀铝离子但过了会溶解氢氧化铝，氢氧化钠不是最佳试剂，故a错误；
b．硫酸溶液不与铝离子反应，故b错误；
c．氨水是弱碱不能溶解氢氧化铝，过量的氨水和铝离子形成氢氧化铝沉淀过滤得到氢氧化铝固体，故c正确；
d．二氧化碳和氯化铝不反应，无法生成氢氧化铝沉淀，故d错误；
故答案为：c；
③加入浓盐酸抑制氯化铝的水解，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，
故答案为：冷却结晶；
（2）A．蒸发皿中含有二氧化硅和氢氧化钠反应，不能用于SiO₂和NaOH焙烧制备硅酸钠，故A错误；
B．铁坩埚可以熔融二氧化硅和氢氧化钠，可在铁坩埚中用SiO₂和NaOH焙烧制备硅酸钠，故B正确；
C．玻璃中含二氧化硅和氢氧化钠反应，不能用于SiO₂和NaOH焙烧制备硅酸钠，故C错误；
D．瓷坩埚含有二氧化硅和氢氧化钠反应，不能用于SiO₂和NaOH焙烧制备硅酸钠，故D错误；
故答案为：B．

点评 本题考查了物质制备方案的设计、常见物质的分离与提纯方法的综合应用，题目难度中等，明确制备工艺流程及反应原理为解答关键，注意掌握化学实验基本操作方法，试题充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．