Question

14．硫酸渣是用黃鐵礦制造硫酸過程中排出的廢渣，主要化學成分有SiO₂約45%，F(xiàn)e₂O₃約40%，Al₂O₃約10%，MgO約5%．某學生探究性學習小組的同學設計了下列的方案，用化學基本知識進行金屬元素的提取實驗（已知：25℃氫氧化鎂K_sp=5.6×10^-12；氫氧化鐵K_sp=3.5×10^-38；氨水的電離常數(shù)K=1.8×10^-5，飽和氨水的pH約為11）

請回答下列問題：
（1）寫出固體A的化學式：SiO₂．
（2）上述各步，分離得到固體和溶液的實驗操作是過濾，要將固體C、固體E和固體G都轉化為相應的穩(wěn)定的氧化物，需進行的實驗操作為灼燒（加熱）．
（3）上述兩步需加入試劑①調節(jié)pH，試劑①為A（填編號）
A．NaOH溶液         B．氨水C．水          D．硝酸
（4）溶液F中通入過量CO₂的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃+2 HCO₃^-．
（5）若不考慮溶液體積的變化，請計算溶液D調節(jié)到pH=13后，溶液中c（Mg²⁺）=5.6×10^-10mol•L^-1．

Answer 1

分析 硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當向硫酸渣中加過量鹽酸時，二氧化硅和鹽酸不反應，所以固體A是二氧化硅，氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂和鹽酸反應，所以溶液B的溶質是氯化鎂、氯化鐵、氯化鋁、鹽酸（過量）；向溶液B中加試劑①并調節(jié)溶液的pH值為3.7，結合題意溶液pH=3.7時Fe³⁺已經(jīng)沉淀完全知，試劑①是能和氯化鐵反應生成沉淀的物質且和鋁離子反應沒有沉淀生成，所以試劑①只能是強堿溶液，固體C是氫氧化鐵；向溶液D中加入試劑①并調節(jié)溶液的pH值為13，溶液呈強堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，所以固體E是氫氧化鎂；溶液F的溶質含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳氣體，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀，所以G是氫氧化鋁．
（1）固體A為難溶于鹽酸的二氧化硅；
（2）分離得到固體和溶液的實驗操作是過濾，將沉淀轉化為相應的穩(wěn)定的氧化物，需灼燒（加熱）；
（3）試劑①是強堿溶液；
（4）溶液F中通入過量CO₂，NaAlO₂溶液和過量的CO₂反應生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉；
（5）根據(jù)氫氧化鎂Ksp=5.6×10^-12來計算．

解答 解：（1）硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當向硫酸渣中加過量鹽酸時，二氧化硅和鹽酸不反應，所以固體A是二氧化硅，化學式為：SiO₂，
故答案為：SiO₂；
（2）分離得到固體和溶液的實驗操作是過濾，固體C是氫氧化鐵，固體E是氫氧化鎂，固體G是氫氧化鋁，加熱均可分解得到對應的氧化物，
故答案為：過濾    灼燒（加熱）；
（3）試劑①是能和氯化鐵反應生成沉淀的物質且和鋁離子反應沒有沉淀生成，所以試劑①只能是強堿溶液，
故選：A；
（4）NaAlO₂溶液中通入過量的CO₂反應生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉，離子反應為AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃+2 HCO₃^-；
（5）因溶液的pH值為13，c（OH^-）=10^-1mol•L^-1，Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=c（Mg²⁺）×10^-2=5.6×10^-12，所以c（Mg²⁺）=5.6×10^-10 mol•L^-1，
故答案為：5.6×10^-10．

點評 本題考查了物質的分離、提純的方法選擇及應用，題目難度中等，明確各物質的性質是解本題的關鍵，本題注意溶度積的相關計算．