Question

【題目】氟鋁酸鈉(Na3AlF6)是工業煉鋁中重要的含氟添加劑。實驗室以氟石(CaF2)、石英和純堿為原料模擬工業制備氟鋁酸鈉的流程如下：

(1) “煅燒”時，固體藥品混合后應置于________(填儀器名稱)中加熱。

(2) 通過控制分液漏斗的活塞可以調節添加液體的速率。調溶液pH接近5時，滴加稀硫酸的分液漏斗的活塞應如下圖中的________(填序號)所示。

(3) 在酸性廢水中加入Al2(SO4)3、Na2SO4混合溶液，可將廢水中F－轉換為氟鋁酸鈉沉淀。

① 該混合溶液中，Al2(SO4)3與Na2SO4的物質的量之比應≥________(填數值)。

②在不改變其他條件的情況下，加入NaOH調節溶液pH。實驗測得溶液中殘留氟濃度和氟去除率隨溶液pH的變化關系如圖所示。pH>5時，溶液中殘留氟濃度增大的原因是________。

(4) 若用CaCl2作為沉淀劑除去F－，欲使F－濃度不超過0.95 mg·L－1，c(Ca2＋)至少為________mol·L－1。[Ksp(CaF2)＝2.7×10－11]

(5) 工業廢鋁屑(主要成分為鋁，少量氧化鐵、氧化鋁)可用于制取硫酸鋁晶體[Al2(SO4)3·18H2O]。

①請補充完整由廢鋁屑為原料制備硫酸鋁晶體的實驗方案：取一定量廢鋁屑，放入燒杯中，____________________________________________________________，得硫酸鋁晶體。[已知：pH＝5時，Al(OH)3沉淀完全；pH＝8.5時，Al(OH)3沉淀開始溶解。須使用的試劑：3 mol·L－1 H2SO4溶液、2 mol·L－1 NaOH溶液、冰水]

②實驗操作過程中，應保持強制通風，原因是________。

Answer 1

【答案】鐵坩堝 ② OH－與Al3＋結合能力強于F－與Al3＋結合能力 0.0108 加入2 mol·L－1 NaOH溶液反應至不再有氣泡生成，過濾；向濾液中加入3 mol·L－1 H2SO4，調pH至5～8.5，過濾，洗滌濾渣2～3次；將濾渣轉移至燒杯中，加入3 mol·L－1 H2SO4至恰好完全溶解；將溶液蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾，用少量冰水洗滌，干燥 防止H2與O2混合爆炸

【解析】

(1) 純堿高溫條件下能與二氧化硅反應，據此分析；

(2) 通過控制分液漏斗的活塞可以調節添加液體的速率，注意開關必須慢慢打開；

(3)①根據Al2(SO4)3、Na2SO4反應生成Na3AlF6，考慮Al2(SO4)3水解；

②OH－與Al3＋結合能力強于F－與Al3＋結合能力，則氟去除率隨溶液pH的增大而降低；

(4)根據Ksp(CaF2)= c(Ca2＋)×c2(F－)計算；

(5)①已知：pH＝5時，Al(OH)3沉淀完全；pH＝8.5時，Al(OH)3沉淀開始溶解，據此分析；

②注意應保持強制通風，防止H2與O2混合爆炸。

(1) 純堿高溫條件下能與二氧化硅反應，故 “煅燒”時，固體藥品混合后應置于鐵坩堝中加熱；

(2) 通過控制分液漏斗的活塞可以調節添加液體的速率。注意開關必須慢慢打開調溶液pH接近5時，滴加稀硫酸的分液漏斗的活塞應如下圖中的②所示；

(3)①根據氟鋁酸鈉(Na3AlF6)的分子式可知，完全由Al2(SO4)3、Na2SO4反應生成Na3AlF6時，Al2(SO4)3、Na2SO4的物質的量之比為1：3，但考慮到Al2(SO4)3的水解，故應略大，則Al2(SO4)3與Na2SO4的物質的量之比應≥；

②在不改變其他條件的情況下，加入NaOH調節溶液pH，當pH>5時，OH－與Al3＋結合能力強于F－與Al3＋結合能力，則氟去除率隨溶液pH的增大而降低；

(4) 若用CaCl2作為沉淀劑除去F－，欲使F－濃度不超過0.95 mg·L－1，則濃度為，根據Ksp(CaF2)= c(Ca2＋)×c2(F－)= c(Ca2＋)×(5.0×10-5)2=2.7×10－11，則c(Ca2＋)至少為0.0108mol·L－1；

(5)①已知：pH＝5時，Al(OH)3沉淀完全；pH＝8.5時，Al(OH)3沉淀開始溶解，則由廢鋁屑為原料制備硫酸鋁晶體的實驗方案：取一定量廢鋁屑，放入燒杯中，加入2 mol·L－1 NaOH溶液反應至不再有氣泡生成，過濾；向濾液中加入3 mol·L－1 H2SO4，調pH至5～8.5，過濾，洗滌濾渣2～3次；將濾渣轉移至燒杯中，加入3 mol·L－1 H2SO4至恰好完全溶解；將溶液蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾，用少量冰水洗滌，干燥，得硫酸鋁晶體；

②實驗操作過程中，應保持強制通風，防止H2與O2混合爆炸。