Question

【题目】氟铝酸钠(Na3AlF6)是工业炼铝中重要的含氟添加剂。实验室以氟石(CaF2)、石英和纯碱为原料模拟工业制备氟铝酸钠的流程如下：

(1) “煅烧”时，固体药品混合后应置于________(填仪器名称)中加热。

(2) 通过控制分液漏斗的活塞可以调节添加液体的速率。调溶液pH接近5时，滴加稀硫酸的分液漏斗的活塞应如下图中的________(填序号)所示。

(3) 在酸性废水中加入Al2(SO4)3、Na2SO4混合溶液，可将废水中F－转换为氟铝酸钠沉淀。

① 该混合溶液中，Al2(SO4)3与Na2SO4的物质的量之比应≥________(填数值)。

②在不改变其他条件的情况下，加入NaOH调节溶液pH。实验测得溶液中残留氟浓度和氟去除率随溶液pH的变化关系如图所示。pH>5时，溶液中残留氟浓度增大的原因是________。

(4) 若用CaCl2作为沉淀剂除去F－，欲使F－浓度不超过0.95 mg·L－1，c(Ca2＋)至少为________mol·L－1。[Ksp(CaF2)＝2.7×10－11]

(5) 工业废铝屑(主要成分为铝，少量氧化铁、氧化铝)可用于制取硫酸铝晶体[Al2(SO4)3·18H2O]。

①请补充完整由废铝屑为原料制备硫酸铝晶体的实验方案：取一定量废铝屑，放入烧杯中，____________________________________________________________，得硫酸铝晶体。[已知：pH＝5时，Al(OH)3沉淀完全；pH＝8.5时，Al(OH)3沉淀开始溶解。须使用的试剂：3 mol·L－1 H2SO4溶液、2 mol·L－1 NaOH溶液、冰水]

②实验操作过程中，应保持强制通风，原因是________。

Answer 1

【答案】铁坩埚 ② OH－与Al3＋结合能力强于F－与Al3＋结合能力 0.0108 加入2 mol·L－1 NaOH溶液反应至不再有气泡生成，过滤；向滤液中加入3 mol·L－1 H2SO4，调pH至5～8.5，过滤，洗涤滤渣2～3次；将滤渣转移至烧杯中，加入3 mol·L－1 H2SO4至恰好完全溶解；将溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，用少量冰水洗涤，干燥 防止H2与O2混合爆炸

【解析】

(1) 纯碱高温条件下能与二氧化硅反应，据此分析；

(2) 通过控制分液漏斗的活塞可以调节添加液体的速率，注意开关必须慢慢打开；

(3)①根据Al2(SO4)3、Na2SO4反应生成Na3AlF6，考虑Al2(SO4)3水解；

②OH－与Al3＋结合能力强于F－与Al3＋结合能力，则氟去除率随溶液pH的增大而降低；

(4)根据Ksp(CaF2)= c(Ca2＋)×c2(F－)计算；

(5)①已知：pH＝5时，Al(OH)3沉淀完全；pH＝8.5时，Al(OH)3沉淀开始溶解，据此分析；

②注意应保持强制通风，防止H2与O2混合爆炸。

(1) 纯碱高温条件下能与二氧化硅反应，故 “煅烧”时，固体药品混合后应置于铁坩埚中加热；

(2) 通过控制分液漏斗的活塞可以调节添加液体的速率。注意开关必须慢慢打开调溶液pH接近5时，滴加稀硫酸的分液漏斗的活塞应如下图中的②所示；

(3)①根据氟铝酸钠(Na3AlF6)的分子式可知，完全由Al2(SO4)3、Na2SO4反应生成Na3AlF6时，Al2(SO4)3、Na2SO4的物质的量之比为1：3，但考虑到Al2(SO4)3的水解，故应略大，则Al2(SO4)3与Na2SO4的物质的量之比应≥；

②在不改变其他条件的情况下，加入NaOH调节溶液pH，当pH>5时，OH－与Al3＋结合能力强于F－与Al3＋结合能力，则氟去除率随溶液pH的增大而降低；

(4) 若用CaCl2作为沉淀剂除去F－，欲使F－浓度不超过0.95 mg·L－1，则浓度为，根据Ksp(CaF2)= c(Ca2＋)×c2(F－)= c(Ca2＋)×(5.0×10-5)2=2.7×10－11，则c(Ca2＋)至少为0.0108mol·L－1；

(5)①已知：pH＝5时，Al(OH)3沉淀完全；pH＝8.5时，Al(OH)3沉淀开始溶解，则由废铝屑为原料制备硫酸铝晶体的实验方案：取一定量废铝屑，放入烧杯中，加入2 mol·L－1 NaOH溶液反应至不再有气泡生成，过滤；向滤液中加入3 mol·L－1 H2SO4，调pH至5～8.5，过滤，洗涤滤渣2～3次；将滤渣转移至烧杯中，加入3 mol·L－1 H2SO4至恰好完全溶解；将溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，用少量冰水洗涤，干燥，得硫酸铝晶体；

②实验操作过程中，应保持强制通风，防止H2与O2混合爆炸。