Question

用含有Al₂O₃及少量Fe₂O₃和SiO₂的铝土矿制备净水剂——液体聚合硫酸铝铁，工艺流程如下（部分操作和条件略）：
I．向铝土矿中加入过量H₂SO₄后，加热、搅拌、过滤。
II．向滤液中加入一定量的FeSO₄·7H₂O和双氧水。
III．向溶液中加入Ca(OH)₂固体，调节溶液的pH约为1，过滤。
IV．加入稳定剂，加热，得到产品。
（1）Fe₂O₃与H₂SO₄反应的离子方程式是___________。
（2）步骤I中过滤得到的滤渣成分是________（填化学式）。
（3）步骤I 中H₂SO₄的浓度与反应温度会影响铁与铝的浸出率。根据下图分析，步骤I 中H₂SO₄浓度的适宜范围是__________，反应的适宜温度是_________。
       

（4）步骤II中增大n(Fe³⁺)的离子方程式是_________。
（5）步骤III得到碱式硫酸铝铁[AlFe(OH)_n(SO₄)_m]的溶液，则步骤II中应增大n(Fe³⁺)到
n(Al³⁺)﹕n(Fe³⁺)=        。
（6）研究表明，液体聚合硫酸铝铁的纯度越高，净水效果越好。已知：
一些物质在20℃时的溶解度

物质	Ca(OH)2	CaSO4	Na2SO4
溶解度/g	0.153	0.258	19.5

 
结合表中数据，解释步骤III中使用Ca(OH)₂而不用NaOH的原因__________。
（7）铝土矿也可用于冶炼金属Al。以金属Al作阳极，稀硫酸作电解液，通过电解会使金属Al的表面生成致密坚硬的氧化膜，其电极反应式是_________。

Answer 1

（1）Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O（2）SiO₂（3）45%~50%；100℃（4）H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺（5）1﹕1（6）使用Ca(OH)₂，既能调节溶液的pH，又生成溶解度较小的CaSO₄，得到的液体聚合硫酸铝铁的纯度较高。（7）2Al－6e^—+3H₂O =Al₂O₃+6H⁺

试题分析：（1）硫酸溶解氧化铝生成硫酸铝和水，离子方程式：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；（2）Fe₂O₃与硫酸反应生成铁离子，Al₂O₃与硫酸反应生成铝离子，而SiO₂不与硫酸发生反应，故过滤后的滤渣为SiO₂；（3）由图知，浸出率铁铝最高的硫酸浓度范围为45%~50%；反应适宜温度铁为80℃铝为100℃，故最适宜温度为100℃（4）FeSO₄被双氧水在酸性溶液中氧化生成Fe³，H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺（5）碱式硫酸铝铁中铝铁的系数相同其物质的量比也应相等，故n(Al³⁺)﹕n(Fe³⁺)=1：1（6）氢氧化钠和氢氧化钙都可以调节pH，但氢氧化钠反应生成的硫酸钠溶液水，与生成物碱式硫酸铝铁混合在溶液中不易分离，而硫酸钙溶解度较小，使生成物中杂质较少；（7）阳极Al失电子生成，电极反应式2Al－6e^—+3H₂O =Al₂O₃+6H⁺。