Question

【題目】煤燃燒產生的粉煤灰（主要含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等）是火電廠產生的廢渣，若不加處理會污染環境。為綜合利用，研究人員對其進行如下處理：

（1）濾渣主要成分是________________；濾液①中的陽離子為_____________________。

（2）濾液①中還加入還原劑原因是________________；若加入的還原劑為鐵粉，反應的離子方程式為_____________________________________。

（3）加入氨水是為了調節pH使鋁離子沉淀，其離子方程式為_________________；反應終點的pH對鋁和鐵分離效果的影響如右圖。根據實驗結果，為達到好的分離效果，反應過程中控制pH的范圍是__________，選擇該范圍的理由是_________。

（4）NH4HSO4和H2SO4按物質的量比1:1混合溶于水配制成浸取液，220℃時可將高鋁粉煤灰中Al2O3轉化為硫酸鋁銨[NH4Al(SO4) 2]，然后分離、煅燒獲得純Al2O3。

查閱資料知硫酸鋁銨：①溶解度：0℃時，S＝5.2g；100℃時，S＝421.9g 。②280℃時分解。

①依據資料可知，將硫酸鋁銨與其他溶質分離的方法是_____________。

②煅燒NH4Al(SO4)2時發生4NH4Al（SO4）22Al2O3+5SO3↑+3SO2↑+2NH3↑+N2↑+5H2O↑，得到混合氣體（NH3、N2、SO2、SO3、H2O）。若16mol混合氣體按如下裝置被完全吸收制得浸取液。則右下圖中，試劑X是___________（填化學式）；試劑Y是_________（填名稱），其中溶質的物質的量為_____________。

Answer 1

【答案】 SiO2 Fe3+、Al3+、H+ 使Fe3+還原成Fe2+，以便于調節pH時只有Al(OH)3沉淀分離出來 2Fe3++Fe=3Fe2+，Fe+2H+=Fe2++H2↑ 3NH3·H2O＋Al3+=Al(OH)3↓＋3NH4+ 略小于5 在該范圍內鋁元素沉淀率較高，而鐵元素的沉淀率較低 冷卻結晶 O2（O3或H2O2等也合理） 氨水 2mol

【解析】試題分析：由題意知，粉煤灰與硫酸反應后，二氧化硅不溶，過濾除去二氧化硅，濾液中含有Fe3+和Al3+等，加入還原劑肯定是把還原Fe3+為Fe2+，以防后面沉淀Al3+時一起沉淀。

（1）煤燃燒產生的粉煤灰（主要含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等）中不溶于硫酸的是SiO2，所以濾渣主要成分是SiO2；為了提高浸取速率和浸取率，硫酸適當過量，所以濾液①中的陽離子為Fe3+、Al3+、H+。

（2）濾液①中還加入還原劑原因是使Fe3+還原成Fe2+，以便于調節pH時只有Al(OH)3沉淀分離出來；若加入的還原劑為鐵粉，鐵可以與Fe3+、H+反應，反應的離子方程式為2Fe3++Fe=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑。

（3）加入氨水是為了調節pH使鋁離子沉淀，其離子方程式為3NH3·H2O＋Al3+=Al(OH)3↓＋3NH4+；由圖中信息可知，pH在4.6左右時，鋁離子沉淀率較高而亞鐵離子的沉淀率很低，所以為達到好的分離效果，反應過程中控制pH的范圍是略小于5（或4.6左右），選擇該范圍的理由是在該范圍內鋁元素沉淀率較高，而鐵元素的沉淀率較低。

（4）①依據資料可知，硫酸鋁銨的溶解度隨溫度升高增大了很多，故將硫酸鋁銨與其他溶質分離的方法是冷卻結晶。

②煅燒NH4Al(SO4) 2時發生4NH4Al（SO4）22Al2O3+5SO3↑+3SO2↑+2NH3↑+N2↑+5H2O↑，生成的混合氣體被完全吸收制得NH4HSO4和H2SO4按物質的量比1：1組成的浸取液，則試劑X為可以把二氧化硫氧化的O2（O3或H2O2等也合理）等氧化劑、試劑Y為氨水。由上述反應方程式可知，16mol混合氣體含2mol氨氣、5mol SO3和3mol SO2，混合氣體經氨水吸收并氧化后，得到了 NH4HSO4和H2SO4按物質的量比1：1組成的浸取液，由S原子守恒可以判斷該浸取液中NH4HSO4和H2SO4的物質的量都是4mol，由于上述混合氣體中已有2mol氨氣被吸收，根據N原子守恒可知試劑Y為含2mol溶質的氨水。