Question

2012年1月，廣西河池龍江河段檢測出重金屬鎘離子（Cd²⁺）含量超標，當地政府積極展開治污工作．聚合氯化鋁可以將離子狀態的鎘固化，這是當前可采取治理鎘污染的最有效方法．
已知：①煤矸石是煤礦在洗煤和選煤過程中大量排出的固體廢棄物，煤矸石主要含Al₂O₃、SiO₂及鐵的氧化物．
②聚合氯化鋁（[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m（1≤n≤5，m≤10），商業代號PAC）是一種新型、高效絮凝劑和凈水劑．
以煤矸石為原料，采用鋁鹽水解絮凝法，制得聚合氯化鋁的工藝流程如圖1：

回答下列相關問題：
（1）向反應器中加入混合液（20%的硫酸和鹽酸）酸浸，其目的是

 

．
（2）流程中殘渣1可用于工業上制取粗硅，寫出該反應的化學方程式

 

．
（3）流程中殘渣2的主要成分是

 

，確認該成分中陽離子的方法是

 

．
（4）聚合氯化鋁除鎘的原理是生成了氫氧化鋁膠體吸附鎘離子，確定已生成氫氧化鋁膠體的方法可利用膠體性質中的

 

．
（5）常溫下以溶液pH為橫坐標，Cd²⁺的除去率為縱坐標，實驗結果如圖所示，由圖2可知，Cd²⁺的除去率最高時，溶液的c（OH^-）=

 

．

Answer 1

分析：（1）氧化鋁和鐵的氧化物能和酸反應生成可溶性的鹽；
（2）高溫下，碳和二氧化硅發生置換反應；
（3）鐵離子和氫氧根離子反應生成難溶性的氫氧化鐵；鐵離子能和硫氰根離子反應生成血紅色溶液；
（4）膠體能產生丁達爾效應；
（5）c（OH^-）=

KW

c(H+)

．

解答：解：（1）煤矸石中的Al₂O₃及鐵的氧化物能和酸反應生成可溶性的鹽，二氧化硅屬于酸性氧化物，和一般的酸不反應，所以能用酸將氧化鋁、鐵的氧化物與二氧化硅分開，采用過濾的方法除去二氧化硅，
故答案為：將煤矸石中的Al₂O₃及鐵的氧化物轉化為鹽，與SiO₂分離；
（2）高溫下，碳和二氧化硅發生置換反應硅和一氧化碳，反應方程式為SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑，
故答案為：SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑；
（3）鐵離子和氫氧根離子反應生成氫氧化鐵沉淀，所以殘渣2是Fe（OH）₃，鐵離子和硫氰根離子反應生成絡合物而使其溶液呈血紅色，所以可以用硫氰化鉀溶液檢驗鐵離子，
故答案為：Fe（OH）₃；取試樣加入稀硫酸溶解，再加入KSCN溶液；
（4）膠體能產生丁達爾效應，所以確定已生成氫氧化鋁膠體的方法可利用膠體性質中的丁達爾效應，
故答案為：丁達爾效應（或丁達爾現象）；
（5）根據圖象知，當pH=9時，Cd²⁺的除去率最高，溶液中c（OH^-）=

KW

c(H+)

=

10-14

10-9

mol/L=1×10^-5 mol/L，
故答案為：1×10^-5 mol/L．

點評：本題考查了實驗制備方案的設計，涉及離子的檢驗、pH的計算、物質的分離等知識點，鐵離子的檢驗是學習重點，注意高溫下，碳和二氧化硅反應生成一氧化碳而不是二氧化碳，為易錯點．