Question

20．鋁鐵合金可在某些航天器件中替代鈦鋁合金，大幅度降低成本．圖1實(shí)驗(yàn)流程可利用廢棄的鋁鐵合金制備聚合硫酸鐵和明礬：

（1）流程中試劑X應(yīng)為KOH溶液，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．“浸泡、過(guò)濾”車間墻壁上應(yīng)張貼如下哪種標(biāo)志B（填寫(xiě)序號(hào)）．

（2）聚合硫酸鐵是一種無(wú)毒無(wú)害、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、能與水混溶的新型絮凝劑，微溶于乙醇，其化學(xué)式可表示為[Fe₂（OH）_x（SO₄）_y]_n．
①聚合硫酸鐵可用于凈水，說(shuō)明其具有聚合硫酸鐵具有吸附作用．
②濃縮時(shí)向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的是降低聚合硫酸鐵的溶解度，以便析出，所得產(chǎn)物易于干燥．
③加入試劑Y的目的是調(diào)節(jié)pH，所加試劑Y為Fe₂O₃；溶液的pH對(duì)[Fe₂（OH）_x（SO₄）_y]_n　中x的值有較大影響（如圖2所示），試分析pH過(guò)�。╬H＜3）導(dǎo)致聚合硫酸鐵中x的值減小的原因：pH過(guò)小，會(huì)抑制Fe³⁺的水解．
（3）鋁鐵合金制品出廠前一般要經(jīng)過(guò)“發(fā)黑”處理，工藝原理是在金屬表面形成一層致密的金屬氧化物薄膜，有助于合金的防腐，若用電解法對(duì)鋁鐵合金進(jìn)行“發(fā)黑”處理，則鋁鐵合金制品應(yīng)連接電解池的陽(yáng)極（選填“陽(yáng)極”或“陰極”）
（4）若11.0g某鋁鐵合金樣品溶于足量鹽酸，標(biāo)準(zhǔn)狀況下放出8.96L氣體，則合金中鋁、鐵的物質(zhì)的量之比為2：1．

Answer 1

分析 由流程可知，廢棄的鋁鐵合金加入氫氧化鉀溶液浸泡反應(yīng)鋁反應(yīng)得到偏鋁酸鉀溶液，過(guò)濾，濾液經(jīng)一系列操作反應(yīng)生成硫酸鋁鉀，濾渣中加入稀硫酸和鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵，加入稀硝酸氧化為硫酸鐵，加入試劑Y調(diào)節(jié)溶液PH，但不能引入新的雜質(zhì)，加入氧化鐵和酸反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)溶液PH，酸性越強(qiáng)，對(duì)鐵離子水解程度抑制越大，生成氫氧化鐵少，得到溶液通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌，干燥得到聚合生成聚合硫酸鐵，
（1）明礬是一種常見(jiàn)鋁鉀硫酸鹽，所以為充分利用原料，試劑X應(yīng)為氫氧化鉀；鋁和氫氧化鉀溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鉀和氫氣，反應(yīng)中有強(qiáng)堿溶液反應(yīng)且放出氣體需要放置腐蝕作用；
（2）①聚合硫酸鐵是一種無(wú)毒無(wú)害、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、能與水混溶的新型絮凝劑，具有較大表面積能吸附懸浮雜質(zhì)凈水的作用；
②聚合硫酸鐵微溶于乙醇，濃縮時(shí)向其中加入一定量的乙醇可以利于聚合硫酸鐵析出，乙醇易揮發(fā)分析；
③加入氧化鐵和酸反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)溶液PH，不引入新的雜質(zhì)，圖象分析可知PH＜3，x值越小，是因?yàn)樗嵝詶l件下鐵離子水解被抑制；
（3）鋁鐵合金的陽(yáng)極氧化，也是一種常用的金屬表面處理技術(shù)，它能使鋁的表面生成一層特別致密的氧化膜，電解池的陽(yáng)極材料是活潑電極時(shí)，則該電極反應(yīng)是金屬本身失電子的過(guò)程，陰極發(fā)生陽(yáng)離子的得電子過(guò)程；
（4）發(fā)生反應(yīng)Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑，設(shè)Fe、Al的物質(zhì)的量分別為x、y，結(jié)合方程式表示出氫氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)二者質(zhì)量、氫氣體積列方程組計(jì)算；

解答 解：由流程可知，廢棄的鋁鐵合金加入氫氧化鉀溶液浸泡反應(yīng)鋁反應(yīng)得到偏鋁酸鉀溶液，過(guò)濾，濾液經(jīng)一系列操作反應(yīng)生成硫酸鋁鉀，濾渣中加入稀硫酸和鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵，加入稀硝酸氧化為硫酸鐵，加入試劑Y調(diào)節(jié)溶液PH，但不能引入新的雜質(zhì)，加入氧化鐵和酸反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)溶液PH，酸性越強(qiáng)，對(duì)鐵離子水解程度抑制越大，生成氫氧化鐵少，得到溶液通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌，干燥得到聚合生成聚合硫酸鐵，
（1）廢棄的鋁鐵合金中，鋁是兩性元素，可以和強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液發(fā)生反應(yīng)，試劑X應(yīng)為氫氧化鉀；鋁和氫氧化鉀溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鉀和氫氣，2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，反應(yīng)中有強(qiáng)堿溶液反應(yīng)且放出氣體需要放置腐蝕作用，應(yīng)鐵腐蝕性的警示標(biāo)志，
故答案為：KOH；2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；B；
（2）①聚合硫酸鐵是一種無(wú)毒無(wú)害、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、能與水混溶的新型絮凝劑，具有較大表面積能吸附懸浮雜質(zhì)，有凈水的作用，聚合硫酸鐵可用于凈水的原理是具有吸附作用，
故答案為：聚合硫酸鐵具有吸附；
②聚合硫酸鐵微溶于乙醇，濃縮時(shí)向其中加入一定量的乙醇，可以降低聚合硫酸鐵的溶解度利于聚合硫酸鐵析出，乙醇易揮發(fā)得到晶體易于干燥；
故答案為：降低聚合硫酸鐵的溶解度，以便析出，所得產(chǎn)物易于干燥；
③加入氧化鐵和酸反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)溶液pH，所加試劑Y為Fe₂O₃，不引入新的雜質(zhì)；圖象分析可知PH＜3，x值越小，是因?yàn)樗嵝詶l件下鐵離子水解被抑制，分析pH過(guò)�。╬H＜3）導(dǎo)致聚合硫酸鐵中x的值減小，
故答案為：Fe₂O₃；pH過(guò)小，會(huì)抑制Fe³⁺的水解；
（3）電解池的陽(yáng)極材料是鋁鐵合金時(shí)，則該電極反應(yīng)是鋁本身失電子的過(guò)程，即2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺，陰極發(fā)生陽(yáng)離子的得電子過(guò)程，在酸溶液中，為6H⁺+6e^-=3H₂，故答案為：陽(yáng)極；
（4）設(shè)Fe、Al的物質(zhì)的量分別為x、y，則：
Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑
x           x
2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑
y              1.5y
根據(jù)二者質(zhì)量，可得56g/mol×x+27g/mol×y=11.0g
根據(jù)生成氫氣的體積，有：x+1.5y=$\frac{8.96L}{22.4L/mol}$
聯(lián)立方程，解得：x=0.1mol，y=0.2mol，
故混合物中Al與Fe的物質(zhì)的量之比為0.2mol：0.1mol=2：1；
故答案為：2：1；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純的實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析、混合物的有關(guān)計(jì)算、物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．