Question

14．2014年我國(guó)各地出現(xiàn)連續(xù)干旱，給生產(chǎn)生活帶來(lái)嚴(yán)重影響．為確保人、畜用水和安全，凈水劑選擇與制備尤為重要．
（1）聚合氯化鋁晶體（[Al₂（OH）_nC1_6-n•xH₂O]_m）是一種高效無(wú)機(jī)水處理劑，它的制備原理是調(diào)節(jié)增大AlCl₃溶液的pH，通過(guò)促進(jìn)其水解而結(jié)晶析出．利用高嶺土（化學(xué)組成為：A1₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃，及少量雜質(zhì)和水分，高嶺土在煅燒的過(guò)程中可除去雜質(zhì)和水分）制備聚合氯化鋁，其制備過(guò)程有如下兩種途徑如圖1：

①途徑Ⅰ和途徑Ⅱ哪種更合理？途徑I．
②途徑Ⅰ中加入鋁粉最主要的目的是c．
a．中和過(guò)量的鹽酸       b．將Fe³⁺還原為便于人體吸收的Fe²⁺
c．除去溶液中的鐵元素   d．制備生成聚合氯化鋁所需要的AlCl₃
③加入碳酸鈣調(diào)節(jié)溶液pH至4.0～4.5的目的是調(diào)節(jié)增大溶液的pH，促使氯化鋁水解而結(jié)晶析出．
④蒸發(fā)濃縮過(guò)程中生成Al₂（OH）_nC1_6-n•xH₂O的化學(xué)反應(yīng)方程式是2AlCl₃+（x+n）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂（OH）_nCl_6-n•xH₂O+nHCl↑．
（2）Na₂FeO₄是一種既能殺菌、消毒，又能絮凝凈水的水處理劑，其電解制法如圖2所示，請(qǐng)根據(jù)圖示分析：電解過(guò)程中的電池反應(yīng)為Fe+2OH^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；每轉(zhuǎn)移0.6mol電子在Ni電極上產(chǎn)生的氣體在標(biāo)況下的體積為6.72L．

Answer 1

分析 （1）將高嶺土（化學(xué)組成為：A1₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、及少量雜質(zhì)和水分，高嶺土在煅燒的過(guò)程中可除去雜質(zhì)和水分）煅燒，除去少量雜質(zhì)和水分，
途徑I：向固體中加入過(guò)量稀鹽酸，發(fā)生反應(yīng)：Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，向溶液中加入適量鋁粉，發(fā)生反應(yīng)2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑、Al+3Fe³⁺=Al³⁺+3Fe²⁺、3Fe²⁺+2Al=2Al³⁺+3Fe，過(guò)濾除去濾渣SiO₂ 、Fe，濾液中只含AlCl₃；
途徑II：向固體中加入過(guò)量NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)Al₂O₃+2NaOH=2 NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，過(guò)濾得到濾渣Fe₂O₃，濾液中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃，然后向?yàn)V液中加入過(guò)量稀鹽酸，發(fā)生反應(yīng)NaAlO₂+4HCl=NaCl+AlCl₃+2H₂O、Na₂SiO₃+2HCl=2NaCl+H₂SiO₃↓，兩種濾液混合，然后加入碳酸鈣并調(diào)節(jié)溶液的pH至4.0-4.5，碳酸鈣和過(guò)量的稀鹽酸反應(yīng)，鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，然后蒸發(fā)濃縮得到聚合氯化鋁晶體（[Al₂（OH）_nC1_6-n•xH₂O]_m）；
（2）電解時(shí)，F(xiàn)e失電子轉(zhuǎn)化為高鐵酸根離子，所以Fe作陽(yáng)極，陰極上氫離子放電生成氫氣，所以電池反應(yīng)式為Fe+2OH^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑，根據(jù)生成氣體和轉(zhuǎn)移電子之間關(guān)系式計(jì)算．

解答 解：（1）將高嶺土（化學(xué)組成為：A1₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、及少量雜質(zhì)和水分，高嶺土在煅燒的過(guò)程中可除去雜質(zhì)和水分）煅燒，除去少量雜質(zhì)和水分，
途徑I：向固體中加入過(guò)量稀鹽酸，發(fā)生反應(yīng)：Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，向溶液中加入適量鋁粉，發(fā)生反應(yīng)2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑、Al+3Fe³⁺=Al³⁺+3Fe²⁺、3Fe²⁺+2Al=2Al³⁺+3Fe，過(guò)濾除去濾渣SiO₂ 、Fe，濾液中只含AlCl₃；
途徑II：向固體中加入過(guò)量NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)Al₂O₃+2NaOH=2 NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，過(guò)濾得到濾渣Fe₂O₃，濾液中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃，然后向?yàn)V液中加入過(guò)量稀鹽酸，發(fā)生反應(yīng)NaAlO₂+4HCl=NaCl+AlCl₃+2H₂O、Na₂SiO₃+2HCl=2NaCl+H₂SiO₃↓，兩種濾液混合，然后加入碳酸鈣并調(diào)節(jié)溶液的pH至4.0-4.5，碳酸鈣和過(guò)量的稀鹽酸反應(yīng)，鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，然后蒸發(fā)濃縮得到聚合氯化鋁晶體（[Al₂（OH）_nC1_6-n•xH₂O]_m）；
（1）①途徑Ⅰ中濾液中只含氯化鋁，途徑II濾液中含有NaCl、AlCl₃，所以途徑I更合理，
故答案為：途徑Ⅰ；
②通過(guò)以上分析知，途徑Ⅰ中加入鋁粉最主要的目的是除去Fe元素，將Fe元素轉(zhuǎn)化為Fe單質(zhì)通過(guò)過(guò)濾而除去，故選c；
③通過(guò)以上分析知，加入碳酸鈣的目的是除去過(guò)量的稀鹽酸從而調(diào)節(jié)增大溶液的pH，從而促進(jìn)氯化鋁水解而結(jié)晶析出，
故答案為：調(diào)節(jié)增大溶液的pH，促使氯化鋁水解而結(jié)晶析出；
④蒸發(fā)濃縮過(guò)程中生成Al₂（OH）_nC1_6-n•xH₂O的化學(xué)反應(yīng)方程式為2AlCl₃+（x+n）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂（OH）_nCl_6-n•xH₂O+nHCl↑，
故答案為：2AlCl₃+（x+n）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂（OH）_nCl_6-n•xH₂O+nHCl↑；
（2）電解時(shí)，F(xiàn)e失電子轉(zhuǎn)化為高鐵酸根離子，所以Fe作陽(yáng)極，陰極上氫離子放電生成氫氣，所以電池反應(yīng)式為Fe+2OH^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑，根據(jù)電池反應(yīng)式知，每轉(zhuǎn)移0.6mol電子在Ni電極上產(chǎn)生的氣體在標(biāo)況下的體積=$\frac{0.6mol}{6}$×22.4L/mol=6.72L；
陽(yáng)極生成的亞鐵離子在陰極被氧化，所以陽(yáng)離子需要通過(guò)離子交換膜，則該離子交換膜為陽(yáng)離子交換膜，
故答案為：Fe+2OH^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；6.72L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，涉及物質(zhì)分離和提純、元素化合物性質(zhì)、電解原理等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析、判斷、知識(shí)運(yùn)用及基本操作能力，明確每一步操作中發(fā)生的反應(yīng)及操作方法，題目難度不大．