Question

高純度氧化鋁有廣泛的用途，某研究小組研究用以下流程制取高純度氧化鋁：

根據(jù)上述流程圖回答下列問(wèn)題：
（1）“除雜”操作是加入過(guò)氧化氫后，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH約為8.0，以除去硫酸銨溶液中的少量Fe²⁺．寫出在除去Fe²⁺離子的過(guò)程中，發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式：

 

．
（2）檢驗(yàn)上述流程中“過(guò)濾”后雜質(zhì)是否除盡的實(shí)驗(yàn)方法是

 

．
（3）配制硫酸鋁溶液時(shí)，需用硫酸酸化，酸化的目的是

 

．
（4）“結(jié)晶”這步操作中，母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮至溶液表面剛出現(xiàn)薄層晶體即停止加熱，然后冷卻結(jié)晶，得到銨明礬晶體（含結(jié)晶水）．母液不能蒸干的原因是

 

．
（5）銨明礬晶體的化學(xué)式為NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O，在0.1mol/L銨明礬的水溶液中，離子濃度最大的離子是

 

，離子濃度最小的離子是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：由工藝流程可知，加入過(guò)氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過(guò)濾后濾液主要含硫酸銨，再將硫酸銨和硫酸鋁溶液混合反應(yīng)，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等最終得到硫酸鋁銨晶體，硫酸鋁銨晶體熱分解得到氧化鋁．
（1）H₂O₂溶液具有強(qiáng)氧化性，可以氧化亞鐵離子生成鐵離子，鐵離子在氨水存在的條件下生成氫氧化鐵紅褐色沉淀；
（2）由工藝流程可知，加入過(guò)氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過(guò)濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，用KSCN溶液檢驗(yàn)是否含有Fe³⁺；
（3）鋁離子在溶液中能夠發(fā)生水解生成氫氧化鋁；
（4）蒸干會(huì)析出可溶性雜質(zhì)的析出，且Al³⁺水解程度增大；
（5）根據(jù)題中所給的化學(xué)式，利用銨根和鋁離子水解進(jìn)行解答即可．

解答： 解：（1）H₂O₂溶液具有強(qiáng)氧化性，可以氧化亞鐵離子生成鐵離子，鐵離子在氨水存在的條件下生成氫氧化鐵紅褐色沉淀，反應(yīng)的離子方程式：2Fe²⁺+H₂O₂+4NH₃?H₂O=2Fe（OH）₃↓+4NH₄⁺，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+4NH₃?H₂O=2Fe（OH）₃↓+4NH₄⁺；
（2）由工藝流程可知，加入過(guò)氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過(guò)濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，取少許濾液于試管中，加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色，則雜質(zhì)已除盡，
故答案為：取少許濾液于試管中，加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色，則雜質(zhì)已除盡；
（3）由于鋁離子在溶液中能夠發(fā)生水解生成氫氧化鋁，所以加入硫酸酸化，抑制了鋁離子的水解，故答案為：抑制Al³⁺水解；
（4）由于蒸干會(huì)析出可溶性雜質(zhì)的析出，且Al³⁺水解程度增大，所以母液不能蒸干，故答案為：減少可溶性雜質(zhì)的析出及Al³⁺水解；
（5）銨明礬晶體的化學(xué)式為NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O，在0.1mol/L銨明礬的水溶液中，未水解前，c（Al³⁺）=c（NH₄⁺）=0.1mol/L，由于銨根和鋁離子均水解，水解結(jié)合水電離出的氫氧根，故水解后濃度均小于0.1mol/L，c（SO₄^2-）=0.2mol/L，0.2＞0.1，故答案為：SO₄^2-；OH^-．

點(diǎn)評(píng)：本題考查工藝流程、離子檢驗(yàn)、鹽類水解、對(duì)條件的控制選擇、物質(zhì)的分離提純等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．