Question

某地煤矸石經預處理后含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量鈣鎂的化合物等，一種綜合利用工藝設計如下：

（1）“酸浸”過程中主要反應的離子方程式為__________  、____________。
（2）“酸浸”時鋁浸出率的影響因素可能有_____ ________、_____ ______。（寫出兩個）
（3）物質X的化學式為___________。“堿溶”時反應的主要離子方程式為：Fe³⁺+3OH^- = Fe(OH)₃↓；                                     。
（4）已知Fe³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為2.1和3.2，Al³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.1和5.4為了獲得產品Al(OH）₃，從煤矸石的鹽酸浸取液開始，若只用CaCO₃一種試劑，后續操作過程是                      。
（5）以煤矸石為原料還可以開發其他產品，例如在煤矸石的鹽酸浸取液除鐵后，常溫下向AlCl₃溶液中不斷通入HCl氣體，可析出大量AlCl₃·6H₂O晶體，結合化學平衡移動原理解釋析出晶體的原因：                                        。

Answer 1

（1）Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O ； Fe₂O₃+6H⁺="2" Fe ³⁺+3 H ₂O   
（2）鹽酸的濃度、反應溫度、煤矸石顆粒大小、是否充分攪拌、反應時間（任寫兩個）
（3）CO₂； Al(OH)₃ +OH^—=AlO₂^—+2H₂O    
（4）加入CaCO₃調節pH到3.2，過濾除去Fe(OH）₃后，再加CaCO₃調節pH到5.4，過濾得到Al(OH)₃
（5）AlCl₃飽和溶液中存在溶解平衡：AlCl₃·6H₂O(s）Al³⁺(aq）+3Cl^—(aq）+6H₂O(l)，通入HCl氣體使溶液中c(Cl^—)增大，平衡向析出固體的方向移動從而析出AlCl₃晶體。

試題分析：（1）金屬氧化物Al₂O₃、Fe₂O₃能與酸反應，而非金屬氧化物不能與酸反應。所以“酸浸”過程中主要反應的離子方程式為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O ； Fe₂O₃+6H⁺="2Fe" ^{3 +}+3H₂ O 。（2）在用酸溶解金屬氧化物時，影響化學反應速率的元素有鹽酸的濃度、反應溫度、煤矸石顆粒大小、是否充分攪拌、反應時間等等。（3）在用酸溶解金屬氧化物時酸可能過量，AlCl3、FeCl3都是強酸弱堿鹽，水解使溶液顯酸性。所以向該酸性溶液中加入CaCO₃時發生反應：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+ CO₂↑+H₂O。物質X是CO₂。得到的沉淀是Al(OH)₃、Fe(OH)₃。加入NaOH溶液時，由于Al(OH)₃是兩性氫氧化物，能跟強堿反應溶解，發生反應為：Al(OH)₃ +OH^—=AlO₂^—+2H₂O。（4）由于Fe³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為2.1和3.2，而Al³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.1和5.4。所以為了得到純凈的Al(OH)₃，首先加入CaCO₃調節pH到3.2，得到Fe(OH）₃，將其過濾除去后，再加CaCO₃調節pH到5.4，這時又產生Al(OH）₃。把它過濾出來并加以洗滌，即得到純凈的Al(OH）₃。（5）常溫下向AlCl₃溶液中不斷通入HCl氣體，由于在AlCl₃飽和溶液中存在溶解平衡：AlCl₃·6H₂O(s）Al³⁺(aq）+3Cl^—(aq）+6H₂O(l)，通入HCl，即增大了生成物的濃度，化學平衡逆向移動。因此可析出大量AlCl₃·6H₂O晶體。₃的兩性、鹽的水解平衡、離子方程式的書寫、外界條件對化學反應速率、化學平衡移動的影響的知識。