Question

用含有A1₂O₃、SiO₂和少量FeO?xFe₂O₃的铝灰制备A1₂（SO₄）₃?18H₂O．，工艺流程如下（部分操作和条件略）：
Ⅰ．向铝灰中加入过量稀H₂SO₄，过滤；
Ⅱ．向滤液中加入过量KMnO₄溶液，调节溶液的pH约为3；
Ⅲ．加热，产生大量棕色沉淀，静置，上层溶液呈紫红色：
Ⅳ．加入MnSO₄至紫红色消失，过滤；Ⅴ．浓缩、结晶、分离，得到产品．
（1）H₂SO₄溶解A1₂O₃的离子方程式是

 

（2）KMnO₄^-氧化Fe²⁺的离子方程式补充完整：
1MnO

- 4

+

 

Fe²⁺+

 

 

=1Mn²⁺+

 

Fe³⁺+

 

 

（3）已知：生成氢氧化物沉淀的pH

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3
开始沉淀时	3.4	6.3	1.5
完全沉淀时	4.7	8.3	2.8

注：金属离子的起始浓度为0.1mol?L^-1  根据表中数据解释步骤Ⅱ的目的：

 

．
（4）己知：一定条件下，MnO₄^-可与Mn²⁺反应生成MnO₂．
①向Ⅲ的沉淀中加入浓HCI并加热，能说明沉淀中存在MnO₂的现象是

 

．
②Ⅳ中加入MnSO₄的目的是

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：向铝灰中加入过量稀H₂SO₄，A1₂O₃和少量FeO?xFe₂O₃和硫酸反应生成硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁，SiO₂不反应，过滤除去二氧化硅；向滤液中加入过量KMnO₄溶液，高锰酸钾把亚铁离子氧化成铁离子，调节溶液的pH约为3生成氢氧化铁沉淀，除去铁离子，过滤，滤液中含铝离子和过量的高锰酸根离子；加入硫酸锰把过量高锰酸根离子除去，再过滤，对滤液蒸发浓缩、结晶分离出硫酸铝晶体．
（1）氧化铝是两性氧化物溶于强酸强碱；
（2）依据氧化还原反应电子守恒和原子守恒，结合元素化合价变化分析产物和反应物；
（3）依据金属阳离子沉淀开始和完全沉淀需要的溶液PH分析，亚铁离子被氧化为铁离子，调节溶液PH使铁离子全部沉淀；
（4）①浓盐酸和二氧化锰再加热条件下生成黄绿色气体氯气；
②加入MnSO₄至紫红色消失，目的是除去过量高锰酸根离子；

解答： 解：（1）硫酸溶解氧化铝生成硫酸铝和水，反应的离子方程式为：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
故答案为：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（2）反应中MnO₄^-→Mn²⁺，Fe²⁺→Fe³⁺，MnO₄^-系数为1，根据电子转移守恒可知，Fe²⁺系数为

7-2

3-2

=5，由元素守恒可知，Fe³⁺系数为5，由电荷守恒可知，由H⁺参加反应，其系数为8，根据元素原子守恒可知，有H₂O生成，其系数为4，方程式配平为MnO₄^-+5 Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
故答案为：5；8H⁺； 5； 4H₂O；
（3）向滤液中加入过量KMnO₄溶液，目的是氧化亚铁离子为三价铁离子，依据图表数据分析可知，铁离子开始沉淀和沉淀完全的溶液PH为1.5--2.8，铝离子和亚铁离子开始沉淀的溶液PH大于3，所以调节溶液的pH约为3，可以使铁离子全部沉淀，铝离子不沉淀分离；
故答案为：pH约为3时，Fe²⁺和Al³⁺不能形成沉淀，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，可使铁完全沉淀；
（4）一定条件下，MnO₄^-可与Mn²⁺反应生成MnO₂
①向Ⅲ的沉淀中加入浓HCl并加热，二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水，生成的氯气是黄绿色气体，能说明沉淀中存在MnO₂的现象是生成黄绿色气体；
故答案为：生成黄绿色气体；
②MnO₄^-可与Mn²⁺反应生成MnO₂，过滤除去，所以可以利用MnSO₄的溶液和高锰酸钾溶液反应生成二氧化锰，把过量高锰酸根离子除去；
故答案为：除去过量的MnO₄^-．

点评：本题考查了镁、铝、铁及其化合物性质的应用，主要是混合物分离的方法和实验设计，加入氧化剂氧化亚铁离子，调节溶液PH是沉淀分离是解题的关键，题目难度中等．