Question

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，其造成的環境污染問題愈來愈嚴重．某實驗室對煤矸石的綜合利用課題展開如下探究：
[資料檢索]
①煤矸石主要含Al₂O₃、SiO₂及少量鐵的氧化物．
②聚合氯化鋁（[Al₂（OH）_nC_l6-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．
[探究思路]用煤矸石為原料，采用鋁鹽水解絮凝法，可制得聚合氯化鋁．
[探究實驗]

[交流討論]
（1）向反應器中加入混合酸（20%的硫酸和鹽酸）酸浸，其目的是______．
（2）反應器裝置如右圖，三頸燒瓶上長導管的作用是______．
（3）實驗流程中殘渣2的主要成分可能是______，請設計一個實驗來證明你的結論（填“操作”、“現象”）：______．
（4）要想從PAC的澄清稀溶液獲得聚合氯化鋁，應采取的實驗操作是______，得到PAC粗產品中可能含有雜質離子是______．

Answer 1

解：（1）氧化鋁以及鐵的氧化物可以和酸發生反應，但是二氧化硅和鹽酸不反應將煤矸石中的Al₂O₃、及少量鐵的氧化物轉化為鹽，不與SiO₂反應，向反應器中加入混合酸（20%的硫酸和鹽酸）酸浸，其目的是將煤矸石中的Al₂O₃、及少量鐵的氧化物轉化為鹽，與SiO₂分離，
故答案為：將煤矸石中的Al₂O₃、及少量鐵的氧化物轉化為鹽，與SiO₂分離；
（2）三頸燒瓶上長導管可以平衡燒瓶內外氣壓，且有冷凝回流作用，故答案為：平衡燒瓶內外氣壓，且有冷凝回流作用；
（3）向含有鐵離子、鋁離子的混合液中加入適量的氫氧化鈣，可以獲得氫氧化鐵沉淀，氫氧化鋁能溶于過量的堿中，檢驗三價鐵離子可以將氫氧化鐵溶于鹽酸中，加入硫氰酸鉀，三價鐵離子遇到硫氰酸鉀顯示紅色，
故答案為：Fe（OH）₃；取少量殘渣2于小試管中，加入稀鹽酸使其完全溶解，再加入KSCN溶液，溶液呈（血）紅色；
（4）要想從PAC的澄清稀溶液獲得聚合氯化鋁，應采取蒸發結晶的方法，但是前面加入的硫酸、氫氧化鈣后引進的硫酸根離子以及鈣離子無法除掉，作為雜質存在于其中，故答案為：蒸發結晶；Ca²⁺、SO₄^2-．
分析：（1）氧化鋁以及鐵的氧化物可以和酸發生反應，但是二氧化硅和鹽酸不反應；
（2）三頸燒瓶上長導管可以平衡燒瓶內外氣壓，且有冷凝回流作用；
（3）三價鐵離子遇到硫氰酸鉀溶液顯示紅色；
（4）溶液獲得晶體的方法是蒸發結晶，根據流程確定含有的雜質離子．
點評：本題是一道關于物質的分離和提純知識的實驗操作題，考查學生分析和解決問題的能力，難度大．