Question

19．富鐵鋁土礦（主要含有A1₂O₃、Fe₂O₃、FeO和SiO₂）可制備新型凈水劑液體聚合硫酸鋁鐵[Al_aFe_b（OH）_m（SO₄）_n]．研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)a=b時凈水效果最好．工藝流程如下（部分操作和產(chǎn)物略）：

（1）A1₂O₃與H₂SO₄發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O．
（2）測得濾液中$\frac{c（A{l}^{3+}）}{c（F{e}^{3+}）}$＞1．加入FeSO₄•7H₂O和H₂O₂的作用是（結(jié)合化學(xué)用語說明）2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，補充Fe³⁺．
（3）將溶液A電解得到液體聚合硫酸鋁鐵．裝置如圖所示（陰離子交換膜只允許陰離子通過，電極為惰性電極）
①陰極室的電極反應(yīng)式是2H⁺+2e^-=H₂↑．
②電解過程陽極室溶液pH的變化是減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
③簡述在反應(yīng)室中生成液體聚合硫酸鋁鐵的原理電解過程中反應(yīng)室中的SO₄^2-通過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室，陰極室中的OH^-通過陰離子交換膜進(jìn)入反應(yīng)室，生成聚合硫酸鋁鐵．

Answer 1

分析 鋁土礦（含Al₂O₃及少量SiO₂和FeO、Fe₂O₃），加入過量稀硫酸酸溶過濾，濾液為硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵，濾渣為二氧化硅和不溶性雜質(zhì)，濾液中加入綠礬晶體補充亞鐵離子并利用過氧化氫氧化為鐵離子，最后利用電解原理得到液體聚全硫酸鋁鐵，據(jù)此分解解題；
（1）氧化鋁是兩性氧化物溶于強酸強堿，與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁和水；
（2）濾液中$\frac{c（A{l}^{3+}）}{c（F{e}^{3+}）}$＞1，新型凈水劑液體聚合硫酸鋁鐵[Al_aFe_b（OH）_m（SO₄）_n]，當(dāng)a=b時凈水效果最好，故需要增加溶液里Fe³⁺的濃度；
（3）①陰極上氫離子得電子生成氫氣；
②電解過程中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，水電離的OH^-失電子被氧化為氧氣，促進(jìn)水的電離；
③陰離子交換膜只允許陰離子通過，則陰極室中的氫氧根離子進(jìn)入反應(yīng)室生成Al_m（OH）_nCl_3m-n．

解答 解：（1）硫酸溶解氧化鋁生成硫酸鋁和水，反應(yīng)的離子方程式為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，故答案為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（2）因濾液中$\frac{c（A{l}^{3+}）}{c（F{e}^{3+}）}$＞1，加入綠礬晶體引入Fe²⁺，并利用過氧化氫氧化得到Fe³⁺，補充溶液里的Fe³⁺，使$\frac{c（A{l}^{3+}）}{c（F{e}^{3+}）}$=1，其中氧化Fe²⁺的離子反應(yīng)式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，補充Fe³⁺；
（3）①陰極上氫離子得電子生成氫氣，則陰極的電極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②陽極上水電離的OH^-被氧化，促進(jìn)水的電離，陽極周圍溶液里H⁺濃度增大，溶液的pH減小，故答案為：減小；
③陰離子交換膜只允許陰離子通過，電解過程中反應(yīng)室中的氯離子通過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室，陰極室中的氫氧根離子進(jìn)入反應(yīng)室生成Al_m（OH）_nCl_3m-n；
故答案為：電解過程中反應(yīng)室中的SO₄^2--通過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室，陰極室中的OH^-通過陰離子交換膜進(jìn)入反應(yīng)室，生成聚合硫酸鋁鐵．

點評 本題是一道關(guān)于物質(zhì)的分離和提純知識的實驗操作題，涉及基本實驗操作、沉淀的生成、氧化還原反應(yīng)、電解原理的應(yīng)用等，側(cè)重于考查學(xué)生分析和解決問題的能力，題目難度中等．