Question

7．铝铁合金在微电机中有广泛应用，某兴趣小组为利用废弃的铝铁合金设计了如下实验流程制备聚合硫酸铁和明矾：

（1）聚合硫酸铁是一种无毒无害、化学性质稳定、能与水混溶的新型絮凝剂，微溶于乙醇，其化学式可表示为[Fe₂（OH）_x（SO₄）_y]_n．
①聚合硫酸铁可用于净水的原理是聚合硫酸铁具有吸附作用．
②有人认为上述流程中的“氧化”设计存在缺陷，请提出改进意见：将稀HNO₃改为H₂O₂（或O₂、O₃等）；浓缩时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铁的溶解度，以便析出，所得产物易于干燥．
③加入试剂Y的目的是调节pH，所加试剂Y为Fe₂O₃；溶液的pH对[Fe₂（OH）_x（SO₄）_y]_n 中x的值有较大影响（如图1所示），试分析pH过小（pH＜3）导致聚合硫酸铁中x的值减小的原因：pH过小，会抑制Fe³⁺的水解．

（2）明矾是一种常见铝钾硫酸盐．
①为充分利用原料，试剂X应为KOH．
②请结合图2所示的明矾溶解度曲线，补充完整由滤液Ⅰ制备明矾晶体的实验步骤（可选用的试剂：废弃的铝铁合金、稀硫酸、NaOH溶液和酒精）：向滤液Ⅰ中加入足量的含铝废铁屑至不再有气泡产生，过滤，向所得滤液中加入稀硫酸，生成白色沉淀，继续滴加稀硫酸至生成的沉淀溶解．将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、并用酒精洗涤、干燥，最终得到明矾晶体．

Answer 1

分析 由流程可知，废弃的铝铁合金加入氢氧化钾溶液浸泡反应铝反应得到偏铝酸钾溶液，过滤，滤液经一系列操作反应生成硫酸铝钾，滤渣中加入稀硫酸和铁反应生成硫酸亚铁，加入稀硝酸氧化为硫酸铁，加入试剂Y调节溶液PH，但不能引入新的杂质，加入氧化铁和酸反应来调节溶液PH，酸性越强，对铁离子水解程度抑制越大，生成氢氧化铁少，得到溶液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到聚合硫酸铁．
（1）①聚合硫酸铁是一种无毒无害、化学性质稳定、能与水混溶的新型絮凝剂，具有较大表面积能吸附悬浮杂质净水的作用；
②流程中氧化过程是加入的稀硝酸，会引入杂质，可以改为绿色氧化剂如氧气、过氧化氢等，聚合硫酸铁微溶于乙醇，浓缩时向其中加入一定量的乙醇可以利于聚合硫酸铁析出，乙醇易挥发分析；
③加入氧化铁和酸反应来调节溶液PH，不引入新的杂质，图象分析可知PH＜3，x值越小，是因为酸性条件下铁离子水解被抑制；
（2）①明矾是一种常见铝钾硫酸盐，所以为充分利用原料，试剂X应为氢氧化钾；
②明矾溶解度随温度升高溶解度增大，向滤液Ⅰ中加入足量的含铝废铁屑至不再有气泡产生，过滤除去过量的废铝铁屑，滤液这是铝和氢氧化钾溶液反应生成偏铝酸钾，加入稀硫酸生成白色沉淀氢氧化铝，继续加入稀硫酸沉淀溶解，所得溶液蒸发浓缩、冷却结晶，过滤，用酒精洗涤晶体，干燥得到明矾晶体．

解答 解（1）①聚合硫酸铁是一种无毒无害、化学性质稳定、能与水混溶的新型絮凝剂，具有较大表面积能吸附悬浮杂质，有净水的作用，聚合硫酸铁可用于净水的原理是具有吸附作用，
故答案为：聚合硫酸铁具有吸附作用；
②上述流程中的“氧化”设计存在缺陷，流程中氧化过程是加入的稀硝酸，会引入杂质硝酸根离子，可以改为绿色氧化剂如氧气、过氧化氢等，氧气和过氧化氢被还原为水无污染，聚合硫酸铁微溶于乙醇，浓缩时向其中加入一定量的乙醇，可以降低聚合硫酸铁的溶解度利于聚合硫酸铁析出，乙醇易挥发得到晶体易于干燥；
故答案为：将稀HNO₃改为H₂O₂（或O₂、O₃等）；降低聚合硫酸铁的溶解度，以便析出，所得产物易于干燥；
③加入氧化铁和酸反应来调节溶液pH，所加试剂Y为Fe₂O₃，不引入新的杂质；图象分析可知PH＜3，x值越小，是因为酸性条件下铁离子水解被抑制，分析pH过小（pH＜3）导致聚合硫酸铁中x的值减小，
故答案为：Fe₂O₃；pH过小，会抑制Fe³⁺的水解；
（2）①明矾是一种常见铝钾硫酸盐，所以为充分利用原料，试剂X应为KOH，故答案为：KOH；
②明矾溶解度随温度升高溶解度增大，向滤液Ⅰ中加入足量的含铝废铁屑至不再有气泡产生，过滤除去过量的废铝铁屑，滤液中是铝和氢氧化钾溶液反应生成偏铝酸钾，加入稀硫酸生成白色沉淀氢氧化铝，继续加入稀硫酸沉淀溶解，所得溶液蒸发浓缩、冷却结晶，过滤，用酒精洗涤晶体，干燥得到明矾晶体，
故答案为：向所得滤液中加入稀硫酸，生成白色沉淀，继续滴加稀硫酸至生成的沉淀溶解；蒸发浓缩；冷却结晶．

点评 本题考查了物质的制备实验方案设计，为高考常见题型，侧重考查对工艺流程的理解、阅读题目获取信息的能力等，难度中等，需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力．